حصاد القرن الجزء الثاني . مكتبة التنوير

ABDUL- HAMEED SH OMAN FOUNDATION

. t

3 siy EA wes ae Je ^ ^ b.
Hai وشا ا‎ SD
APA wY + » چ‎ O we

«TN

" 0
.

ala‏ الغالث
ASN)‏

>
AE eui الم‎ >-
AEP.»

DIU
ES E NEN 2

we 7 ےی‎

v

ERR اليف‎

zm

حصاد القرن : المنجزات العلميّة والإنسائيّة في القرن العشرين ( العلوم الأساسيّة والتكنولوجيا )/ فكر عربي
de got‏ مؤلفين عرب
التحرير والمراجعة والأشراف : أ.د. همام غصيب / الأردن

الطبعة الأولى » 2011

حقوق الطبع محفرظة

ENERO‏ المؤسّسة العرييّة للدراسات والتشر

هاتف 4633372 6 00962 المركز الرئيسي :

فاكس 4633565 6 00962 بيردت » الصنايع » بناية عيد بن سالم +
ص.ب Olas )940255(‏ )11194( ص.ب : 11-5460

المملكة الأردئيّة الهاشميّة هاتفاكس : 751438 / 752308 1 00961

: التوزيع في الأردن‎
دار الفارس للنشر والتوزيع‎
9157 | ص.ب‎ >» M
00962 6 5685501 هاتف 5605432 6 00962 < هاتفاكس‎
1 e-mail : info@airpbooks.com
www.airpbooks.com : Qus الدار‎ ee
: A تصميم الغلاف والإشراف‎
B T
الصف الضوني : أزمنة للنشر والتوزيع / عمّان‎
الطباعيّ : دمو برس / بيروت » لبدان‎ Lal
All rights reserved . No part of this book may be reproduced , stored in a retrieval
system or transmitted in any form or by any means without prior permission in

writing of the publishers .

جميع الحقوق محفوظة . لا يسمح بإعادة إصدار هذا الكتاب أو أي جزء منه أو تخزينه في نطاق استعادة المعلومات أو
نقله igh‏ شكل من الأشكال دون إذن خطي مسبق من مؤسسة عبد الحميد شومان .

رقم الاريدا ع لدى دائرة ا مكتبة الوطئية 3525 / 9 / 2011

الآراء الواردة في هده البحوث تحتل وجهة نظ ر أصحابها ولا تبر بالضرورة عن وجهة نظر الناشرين .
(ردمك) 978-9957-19-044-6 ISBN‏

e
الثالث‎ alat

PTI EB Lee ARE TS
isda ada
v" ay ^) p

27 7 ur . NER PM
vai JER >) a eoe p

À‏ د. عبد Aud‏ نصير

Rb منير‎ .< 1

اه طالب اپو شرار B‏
أ. د. غاندي أنفوقة

€)

merece who‏ شومان المؤشسة العربيّة

حصاد القرن

مشروع (حصاد القرن) مشروع «تنويري» في المقام Jat‏ - فهو في إبانته الشاملة
عن المنجزات المعرفية والأدبية والفنية والعلمية والتقنية التي تحققت في القرن
العمشرين» يستجيب لاستراتيجية ثقافية تتوخى وضع العقل العربي والذوق العربي
والمعل العربي في فضاء العصرء وتنشد تشكيل جملة من الدواعي والبواعث
والقصود الدافعة إلى تقدم الوعي والفعل في حياة الأجيال العربية.

ولقد نجمت فكرة slia>)‏ القرن) في حديث كان بيني وبين Wayi ila.‏
إبراهيم عز الدين في العام YAAA‏ حين كانء آنذاك: مديراً Lale‏ لمؤسسة عبد
الحميد شومان. وبحماسته المعهودةإوعزيمته الثابتة سارع إلى تبني الفكرة وإلى
اتخاذ قرار من (المؤسسة) بإطلاق المشروع.

وهكذاء وخلال فترة وجيزة: تم اختيار فريق التحرير مل الأستاذ الدكتور همام
غصيب» أستاذ الفيزياء النظرية بالجامعة الأردنيةء والأستاذ الدكتؤر محمد CABLE‏
أستاذ الأدب الإنجليزي والنقد بالجامعة الأردنيةء Glg‏ شخصياً . أنيط بي تحرير
(قسم العلوم الإنسانية واللاجتماعية)؛ وبالدكتور محمد شاهين (قسم الأدب والنقد
والفنون)ء وبالدكتور همام غصيب (قسم العلوم الأساسية والتكنولوجيا).

كان الهدف أن يكون هذا المشروع عملا (موسوعيا) رفيعا نقصد منه إلى أن نضع
بين أيدي أبناء الأمّة العربية جملة المنجزات العلمية التي أمكن للإنسان OF‏ يدير

MM M —— ets
عليها حياته الروحية والمادية وأن يتقدم بها خلال القرن العشرين كله في طريقه‎
إلى القرن الحادي والعشرين. وذلك في قطاعات العلوم الإنسانية والاجتماعية:‎
أحد‎ fed والآداب والنقد والفنون: والعلوم الأساسية والطبيعية والتكنولوجيا. كما‎
أغراض العمل في أن يطلع المختصون وأصحاب القرار في العالم العربي على‎
لهم في مقارية العالم من حولهم عند مطلع‎ ge نتائجه لعل بعض وجوهه أن يكون‎
القرن الحادي والعشرين.‎

ولقد حرصت (مؤسسة عبد الحميد شومان)» راعية المشروع: مثلما حرص فريق
التحريرء على أن يكون المشاركون في إنفاذ هذا المشروع نخبة من خيرة الباحثين
والأكاديميين المختصين: CIS‏ في حقله oa‏ وأن تمتد المشاركة إلى جملة الفضاء
الثقافي والعلمي العربي. وكان الأمر كذلك . والتزم الباحثون في معالجتهم
لمواضيمهم الخاصة بالتوجّه إلى جملة ما يتصل بالموضوع على مستوى الفكر
الإنساني والعالمي في كل قسم من أقسام المشروع.؛ وبأن بُخص العالم العربي بقدر
من البحث حين يتعلق الأمر oly sf lade ela)‏ تبن حال العرب من الأمر وأن
يجاب عن السؤال : أين العرب من هذا الموضوع؟ كما حرص الباحثون » بقدر ما هو
ممكن؛ على عرض الوجوه التالية:

ما هي الأسئلة والموضوعات والقضايا الرئيسة في مجال البحث؟ وما هو
التطوّر الذي حصل في هذا المجال على مدى القرن العشرين؟

- ما هي أبرز المنجزات أو النظريات أو النتائج التي حفل بها الموضوع / العلم
خلال القرن؟ ومن هم الذين أسهموا على وجه حاسم ومؤثر في تشكيله وتطويره؟

Lae‏ هي أبرز المشكلات والتحديات التي يطرحها الموضوع / العلم عند نهاية
القرن العشرين وعلى مشارف القرن الحادي والعشرين؟

ولقد أمكن حصر (المشروع) في أربعة مجالات ينتظم كل منها في موضوعات
رئيسية على النحو التالي :

.١‏ مجال العلوم الإنسانية والاجتماعية: ويشتمل على الحقول التالية:

ele -‏ الاقتصاد - الفلسفة والمنطق
ale -‏ الاجتماع - التاريخ

- العلوم التربوية - العلوم الإنسانية
الاو - الإدارة

ele -‏ الإنسان (الأنثروبولوجيا) - الإعلام

Sieg‏ إلى هذا المجال موضوعان متممان في : الفكر الاستراتيجي وتطبيقاتهء
والعالم العربي على مشارف القرن الواحد والعشرين: وموضوع ثالث في الصراع
العربي ‏ الإسرائيلي حال الرحيل roe Lal!‏ للمرحوم الدكتور إبراهيم أبو لغد دون
إنجازه.

: مجال الأدب والنقد» ويشتمل على‎ . Y

اللسانيات

- النقد الأدبي

الأدب

: مجال الفنون : ويشتمل على‎ . Y

- الفتون التشكيلية - العمارة

- الموسيقى - السينما

- المسرح

t‏ . مجال العلوم الأساسية والتكنولوجيا:

~ العلوم الفيزيائية - العلوم الطبية

- العلوم الرياضية - العلوم الزراعية

NL TC TTT ESS ier > SE SE DNs

- ا معلوماتية ~ العلوم الكيميائية
الاتصالات واوا

- التكنولوجيا الحيوية والهندسة الوراثية :

١‏ . في مجال الزراعة والبيئة.

Y‏ . في مجال الصناعة والتشريعات

Y‏ . في مجال الصناعات الدوائية والطب.

وليس ثمّة شك في أننا نحتاج إلى تضافر جهود عديدة لباحثين عديدين من أجل
تقديم عمل لا يرقى إليه النقد. والأعمال «الجماعية» نفسها لا تنجو هي أيضاً من
ظلال النقد والقصور. وقد لا يجدر بي أن أشير إلى خيبات الأمل التي اعترضت
طريق فريق التحرير ULE‏ نصوص أعدت بغير عناية؛ أو أخرى بلغة تتطلب Bale]‏
إنشاء ALLS‏ أو أخرى تقع خارج الموضوع. أو بإزاء الوعود التي تلقى مراراً وتكراراً
من غير جدوى .. وغير ذلك مما يبعث اليأس والقنوط في نفوس المحررين ويشك
في «صدّقية» المشروع نفسه.

بيد أن ذلك cals‏ وسواهء لم يفت في عضد القائمين على المشروع , الذين أحيطوا
من (إدارة المؤسسة) وأركانها العاملةء برعاية وتشجيع غير عاديين.. حتى استوى
المشروع وأدرك إشهاره في مننتصف العام ٠٠١4‏ » وبات ميسوراً لمن يشاء الاطلاع
على alas)‏ القرن المشرين) فى هذه المجلّدات التي تظهر Les‏ بدءاً ب (قسم
العلوم الإنسانية والاجتماعية) Be‏ (قسم الأدب والنقد والفنون): وانتهاء ب fe)‏
العلوم الأساسية والتكنولوجيا).

i هذا المشروع منجزاً مبتكراً من منجزات (مؤسسة عبد الحميد شومان)‎ he
ويقع في مكانة مركزية من جهودها الثقافية الكبرى الرائدة. «فمنذ نشأتها .. احتلت‎
مؤسسة عبدالحميد شومان مكاناً بارزا في مشهد الثقافة على الصعيد المحلي‎
والعربي» بل والدولي. وقد سعت من خلال أنشطتها المتعددة الجوانب إلى تفعيل‎

مكف bite‏ الشراك E‏ لنت انقطة ills Aaah‏
من الشمول بحيث عنيت بإفامة الندوات الفكرية وبتقديم العروض السينمائية
والممسرحية و الموسيقية ورعاية الفنون التشكيلية وغير ذلك من الحقول المعرفيةء
حيث تخضع هذه العروض لقراءات نقدية تضيء مختلف جوانبها . ويجيء مشروع
«حصاد القرن» في سياق الجهد الدؤوب الذي تبذله المؤسسة في إطار نشر ثقافة
على درجة عالية من السويّة. حيث يقدّم المشروع مقاربة أكثر شمولاً للنتاجات
الثقافية المختلفة في الإطار الأوسع.

تولى إعداد بحوث هذه الأقسام قرابة الأربعين استاذا وياحثاً متخصصاً. وتقرّر
أن تقدم جملة البحوث المعددة للمشروع من قبل أصحابها في برنامج متكامل
للندوات العلمية تعقد في مؤسسة عبد الحميد شومان في محاضرات عامة تقدم
للجمهور: أو في حلقات مستديرة خاصة تشتمل على عروض ومناقشات أو
مداخلات. وقد بوشر بتقديم المحاضرات العامة من المشروع في (منتدى عبد
الحميد شومان). بمحاضرة الأستاذ السيد ياسين حول (العالم العربي على مشارف
القرن الواحد والعشرين): وذلك مساء يوم الاثنين الموافق V‏ مايو 7٠١0‏ .

وتقرّر أن تصدر (مؤسسة عبد الحميد شومان) بحوث كل قسم من أقسام
المشروع في إصدار خاص Gab‏ بأهميته ويوضع بين أيدي أبناء الأقطار العربية.
والمجلّد الذي بين يدي القارئ جزء من هذا المشروع.

كان الرجاء منعقداً على أن يتم إنجاز هذا المشروع مع نهاية القرن العشرين. بيد
ol‏ استجابات الباحثين لم تكن مواتية دوماًء وتعذر في كثير من الحالات إنجاز العمل
في الوقت المحدّد, كما GT‏ المشروع لقي ركوداً إدارياً خلال فترة غير وجيزة. ولم
ينهض من جديد بفعالية وقوّة Y]‏ مع قدوم معالي الأستاذ ثابت الطاهر مديراً عاماً
لمؤسسة عبد الحميد شومان M‏ عقد العزم على المضي به قدماً وعلى أن يدفعه
إلى نهاياته المنشودة.

سسس

لم يكن إحراز تقدّم حقيقي في ميدان هذا العمل أمراً يسيراً . فالمشروع مشروع
طموح. لا بل d)‏ طموح للغاية. إذ لا يخفى أنه ليس بالأمر اليسير أن ينهض شخص
بمفرده» في مدى زمني محدود. وبإمكانيات غير وفيرة. بإعداد c a ear‏ بجملة
المعارف والآليات والمناهج والمكتسبات والإنجازات التي aS‏ في حقل معيّن. خلال
قرن بكامله. هو القرن العشرون. وهو قرن يتجاوز في إنجازاته كل ما خلفته القرون
البشرية السالفة. وليس من اليسير أيضاً توفير المصادر والمراجع المعاصرة
الضرورية لإنجاز بحث متكامل في هذا العلم of‏ الحقل أو ذاك من العلوم والحقول
الإنسائية المعاصرة.

إن المؤسسة تدرك طبيعة العلاقة البنيوية التي باتت تسم المعرفة في هذا العصر.
إذ لم يعد هناك انفصال بين الثقافة المحلية والثقافة الكونية. وهو واقع جعل من
جدلية العلاقات في هذا الإطار واقعاً يتعدّر تجنيه بعد أن انفتحت ال معارف الكونية
عن طريق الإتصال الإلكتروني وسهولة الوصول إلى المعلومات . ولعل من الضرورات
التي يفرضها هذا الواقع أن يكون الاهتمام بعرض الناتج الثقافي المحلي kja‏ من
بنية الثقافة نفسها بحيث تأخذ الثقافة المعنية مكاناً مناسباً يؤهلها للتفاعل مع
مكوّنات البناء المعرفي الجمعي. وفي ضوء هذا الفهم؛ فإن (مشروع حصاد القرن)
يهدف Vol‏ إلى تزويد القارئ بصورة بانورامية للمشهد المعرفي الكوني في القرن
العمشرين؛ ويفتح له نافذة على تجليّات ذلك المشهد بحيث يمكن له بعد ذلك أن
يتعمق في فراءة مفردات الحالة المعرفية التي تعنيه. وفي المقام الثانيء يعمل المشروع
من خلال هذه البانوراما على المنجز الثقافي العربي في سياق المنجزات المعرفية
الكونية. مما يضع هذا المنجز في إطار المنجز الكوني وبؤسس لاتخراط الثقافة
المحلية في جدل الثقافة العالمية.

قادت الثقافة العربية, كما هو معروف. مسيرة المعرفة في حقبة مهمة من التاريخ
الإنساني. وإذا كان Ul‏ أن نستعيد جزءاً من تلك الريادة في الحقل المعرضي» O18‏ ذلك
يستدعي منا أولاً الشروع بالتعرّف على موقعنا من الحدث المعرفي الكوني بفية

E

التحرّك Laud‏ في ضوء معرفتنا بخارطة المحيط الذي نتحرّك فيه. Jalg‏ في مشروع
حصاد القرن ما يعيننا على تعقب حقيقة وأهمية الدور الذي اضطلعت به الثقافة
العريية في الحدث الثقافي الكوني في القرن العشرين. ومن ثم التأكيد على المناطق
المضيئة من أدائها وطرح الناشز والقاتم منها Gil‏ وجد» (د. محمد شاهين). بهذا
(المشروع) يحق لمؤسسة عبد الحميد شومان أن تشعر بالاعتزاز oU alls‏ وبأنها
تسهم إسهاماً حقيقياً في تأسيس وتعزيز استراتيجية ثقافية وعلمية ومعرفية شاملة
من شأنها أن ترقى ارتقاء ملموساً بالوعي العربي وبالحياة العامة العربية. وذلك
فضلٌ من أفضالها وإضافة إلى إسهاماتها الوفيرة في الحقول والميادين الأخرى التي
تميزت يها خلال العقود السايقة.

«هذا مشروع موسوعي كبير. وشأنه شأن سائر المشروعات الموسوعية الكبيرة,
فإنه يحرّك العقول ويشحذ الهمم ويستثير خواطر وقضايا عدة:

١‏ . فهو ينطلق من وحدة المعرفة وتكاملهاء إذ يستند إلى إرث إنساني عظيم من
نشدان الكليات وتوحيد الجزئيات؛

Y‏ . وهو oku‏ بوضوح عن تداخل التخصصات وتعددها؛ إذ عصرنا هو عصر
التخصصات المتداخلة المتعددة: والنزوع نحو هذا التدخل في تعاظم مستمر؛

Y‏ . ويشكل كل فصل من فصول هذا المشروع الموسوعي مراجعة نقدية من فروع
المعرفة. وفي ذلك مزيد من التحقيق والتدقيق في المعرفة وتوسّع في التعلم
والاستنارة؛

é‏ ومع Sl‏ المشروع يتبع المعابير المنهجية الصارمة. إلا أنه موجه إلى «القارئ
العام» s‏ أو «المثقف غير المتخصص» فهو يهدف . إن أمكن القول. إلى «التوعية
الجماهيرية» وإلى أن يكون مشروعاً تنويرياً؛

6 . وهو منجم أفكار للشباب ALLA‏ ومن المؤمل أن يحفزهم على قراءة
عالمهم بوعي أكبر. وأن يساعدهم في استكشاف ميولهم العلمية والأدبية؛

3

ا س
3 . وهو » بكل تأكيد يسد نقصاً في المكتبة العربية. ولعلّه أن يكون واحداً في
سلسلة الأعمال الكبيرة ألتي تتسم بالنفس الطويل والأفق الواسع؛
V‏ . ومن شأن هذه الموسوعة أن تساهم في توحيد المصطلحات وإشاعتها ؛ وفي
إرساء لغة مشتركة بين قمّة الهرم الثقافي وقاعدته» (د. همام غصيب).
نزعم لأنفسنا مالا يحق لنا أن نزعمه» إن كنا ننهي إلى أي أحد أن هذا العمل
يرقى إلى مشارف الكمالء أو أنه خال من العيوب. فليس يخفى على العين الناقدة
ol‏ فصول هذا العمل تتفاوت في مدى تغطية كل lgie‏ للقطاع أو الحقل الذي تنهض
به» fy‏ هذه العين ستدرك of‏ بعض عيون الباحثين قد أبصرت أشياء ولم تبصر
أخرىء أو Sof‏ بعض هذه العيون لم تحط بما أبصرته إحاطة كافية. لا بل إنها قدتكون
قصرت في الفهم أو التفسير أوالتأويل. وذلك, Fatal‏ . حق من غير شك» وبخاصة
في الحقول الإنسانية والأدبية والمعيارية. لكن الذي ينبغي أن يكون من هذه العين
الناقدة على بال؛ أنّ هذا العمل لم lay‏ في منطقه الأصلي وفي طبيعته الذاتية وفي
غائيته النهائية. os ol‏ عملا taii l‏ شاملا من الطران التق
الملتتخصص الدقيق؛ وهو لم يزعم أبداً أنه يقصدإلى تقديم «أطروحات علمية» أو
رؤى أصيلة مبتكرة أو مبتدعة أو أن يكون كتاباً موجهاً للمختصين في الحقول التي
عرض لها . all‏ في المقام الأول والآخير عمل يهدف إلى تزويد أجيالنا الحاضرة
والمنظورة بمعرفة Lely‏ الأدنى الضروري» لكل حقل من حقول المعرفة الإنسانية
والحساسية الجمالية والعلمية الأساسية والتطبيقية؛ وذلك من أجل تتميم معارفهم
«الخاصة» أو ثقافتهم الشاملة على نحو يبدد غربتهم عن العصر ويصلهم مع
الحضارة المعاصرة ومع حراك الكون العالمي أعظم Ladd‏ وجدوى وأبعد 31 L‏ وفاعلية.
وأقدر على الانخراط في الحركة الكونية والإسهام في توجيههاء SUA.‏ نکل JaSB‏
في Tul‏ والمنتهى. عن الارتقاء بالوعي الذات والتقدم الوطني.
قد لا يجدر بي - وأنا بعض فريق التحرير ‏ أن osi]‏ بالجهود الفذة التي بذلها
الفريق في تنظيم هذا المشروع وإعداده وتحريره وإنفاذه. لكنني أفمل» إذا Yol‏ عزيمة

M

الصديقين العالمين همام غصيب ومحمد شاهين وصبرهماء ولولا تضافر جهودنا
جميعاً لما أمكننا أن ندرك ما أدركناه من هذا العمل خلال السنوات التي أمضيناها
في إعداده.

ولا يغفل فريق التحرير عن أن يسدي لمؤسسة عبد الحميد شومان بالغ الشكر
لدعمها لهذا المشروع ورعايته. وللأستاذ ثابت الطاهر. مديرها العام. لحرصه
وهمته وفاعليته من أجل الوصول بهذا المشروع إلى غايته. كما يعبر تجمهرة العاملين
في إدارة المؤسسة ‏ ويخاصة السيد عبد الرحمن المصري c‏ عن شكره الخالص
وتقديره العميق لما بذلوه من جهود مرافقة داعمة.

Abily‏ من وراء القصد. في الأول وفي الآخر.

إ.د. فهمي جدعان
المشرف العام

f/f

مقدم ةلمحرر

حصاد القرن العشرين
اهم المنكزات العلميّة والتكتولوجية

وأخيرًا يَصدرٌ هذا Sla‏ الذي ahh «ol‏ طويلاً. وهو CULM‏ والأخير في هذا
العمل المؤسوعيّ التنويري. ويسلط الضوء على aal‏ مُنجزات القرّن العشرين في
العلوم والتكنولوجيا. ان: الأول (العلوم الإنسانيّة والاجتماعيّة؛ تحرير: أ.

صدرا Y** V (yale‏ و iY A‏ توالي
والمشروع ممُدين - في oo‏ ثلاثة أقطاب ذوي )415 نافذة وعزيمة
ماضية: : الأستاذ الدكتور فهمي جد حب الفكرة. والمشرف العام على

المشروع؛ ومعالى الأستاذ إبراهيم عر «aad‏
dada’‏ باسّم مؤسّسة عبد الحميد شومان. وكان مد
تنفيذها بل همّة؛ ومعالي الأستاذ ثابت الطاهر. المدير

م آنذاك» وأقبلَ على
e‏
Y‏ الذي أحيا المشروع بِمّدَ بيات ilias‏ ورعاه بحماسة ومحبّة حتى رأى التور.
وقد أعفاني الأخ والصّديق الأستاذ الدكتور فهميء في مقدّمته aal‏ من
مؤونة الحديث عن فلسفة المشروع؛ وأهدافه؛ وتاريخه. والتحدّيات التي aigal‏

* 55 sey Ld 5 ato Mere
وتكرّم فأشار إلى بعض ما قلته غيّرٌ مرّة عن هذا المشروع الجليل؛ وعلى وجه‎

التحديد. حين أشهرٌ في eiie‏ صحافيٌ قبل ست سنوات. والحق أنها كانت سنواتٍ
نة رة تلك التي US‏ فيها العمل وهندّسناء وتابعناه ‏ معالي الأستاذ ابراهيم
عز الدين: ومعالي الأستادٌ ثابت الطاهن والأستاذ الدكتور فهمي جدعان: والأستاذ
الدكتور محمّد شاهينء وكاتب هذه السطور ‏ حتى شب عن الطوق umis‏ في هذه
المجلدات الثلاثة الأنيقة

Ll‏ دوّري في هذا alati‏ فكان على النحو الآتي:
| اخترّت المؤضوعات والكتاب بعناية فائقة. بدأنا بستة مؤضوعات. GS‏ بعد
تقليب النظر واستشارة عدد من الرّملاء. انتهيّنا إلى ثلاثة عشرّ موّضوعًا . وكان لا
: 5 عمليّة إنقاذ لعدد من الموضوعات. as‏ اعتذار بعض الكتاب المكلفين: وتلكؤ
بعضهم الآخرء وعدم إتقان العمل Gian aglall) Lia Sl Godly Lia‏
و(التكنولوجيا). ويلاحظ القارئ أنّ iah‏ (التكنولوجيا) و(تكنولوجيا LIS (gll‏
باللّفة الإنجليزيّة؛ ثم ترجما إلى العربيّة.
„Lesku ERE‏ واقتضى ذلك مني ليس فقط التصويب
RET‏ والعناية بالتّرقيم والمصطلحات العلميّةء وما إلى ذلك؛ Lasha‏ أيضًا Bale}‏
الصّياغة في كثير من المواضع: سعيًا وراء الوضوح والسلاسة والطلاوة. "I‏
cl d‏ رغ المشروع, استعنث بمهارات eiiis an ae Sees Yi‏
والمهندس حسام جميل مدانات. قبل Gah ol‏ دوري. أما في ارال taht‏ فقن
استعنتٌ بالمهندس حيدر عبد المجيد المومني, الذي GES‏ ببراعة في بضعة فصول.
كما Lei‏ صياغة الترجمة التي وردتني من الأستاذ الدكتور وهيب الناصر clea a‏
(التكنولوجيا) و(تكنولوجيا الثانو). فالشكر ‏ كل الشكر ‏ تهؤلاء الزملاء الأربعة على
جُهودهم الخيّرة؛ التي ورت عليّ الكثير من العنت والمعاناة في هذا المشروع
العم وكان علي DI‏ اقرا المخطوط - ay‏ كل هذا - اكثر من موف Gael ls‏ قلسي
الأحمر في عمليّة تحريريّة مُضنية لتوحيد المصطلحات ‏ ما أمكن ‏ وتوحيد اللغة

31

Sg;
DEA

العلميّة ورهّع مستوى الكتابة العلميّة؛ على أمل GF‏ يكونّ CUE‏ التّهائيّ قدوة تحتذى
في هذا المجال.

Goal, eas‏ الخطوظ Lael pe‏ دقيقة من dum‏ امحدوى (فى المؤضوغاة
التي Cael‏ عنها شيكا!). والكلماث والأسماءٌ الأجنبيّة. والمعلومات والحقائق الواردة.
وهذا اقتضى الرّجوع ‏ على مدى عشرات السّاعات ‏ إلى مواقعٌ إلكترونيّة عدة.

أشرفتُ على عمليّة الإنتاج بقدر الإمكان؛ كذلك على الاتصالات E‏ الكتاب
وسائر المساهمين في هذا alati‏ . فالهاجس GIS‏ منذ البداية ‏ «صناعة الكتاب»؛
وليس فقط وضع مادته.

أدرّت الموائد المستديرة الثماني والمحاضرتيّن العلميّتيّن [عن (المعلوماتيّة)
و(التكنولوجيا)] التي SLRS‏ في مؤسئّسة شومان, لمناقشة موّضوعاتناء كل على
a idu‏ المختصّين والمهتمّين. وكانت هذه مناسبات لا تس مخ tase‏ 2101 ار
لكاب المحاضرين. وتجاوبٌ الحضور, والإثارة العلميّة التي أنعشتنا وأنارّتنا.

fast Y‏ أن lool‏ ماد المجلد؛ فاظلم LÉSI‏ وموّضوعاتهم. Led‏ هي الثوراتٌ
العلميّةٌ التي زلزلت المعمورة في القرّن الماضي ومهّدت لقَرّننا الحاليٌ؛ ها هي SIES‏
(IS:‏ رؤنقها وبهائها: سطراً «place hy‏ وصفحة بعد صفحة؛ وفصّلاً thy‏ فصل.

لقد Eliyle‏ هذا المشروعٌ y cas‏ وعايشني سنوات طوالاً؛ حتّى ESS puol‏ من
كياني. allatis‏ من المادّة المتميّزة التي قدّمّها GUS‏ الأفاضل كي نخلص إلى one‏
رفيع PERCENT‏ أن aa Jad‏ في مجاله للقارئ lal‏ والطالب الطموح؛
وحتى لأهل الاختصاص. aly‏ أن eas‏ هذا العمل نموذجًا يُقتدى به في الكتابة
العلميّة العربيّة. وفي التحرير العلميّ المتقن.

وما كان هذا العمل $211 لولا تضافر جهود وكفاءات متعدّدة. فالشكر الفائق
GUSH Yl‏ الذين قَدّموا 2nd aLa‏ بها. والشكر موّصول أيضًا لمؤسّستنا الرّائدة:

1¥

مؤسسة عبد الحميد شومان؛ rae‏ بمعالي الأستاذ ابراهيم ع الدين» الذي رعى
gag pap tll‏ به 225 Aad‏ ومغالي الأستاذ ثابت الطاهر, الذي دفع به في Og‏
الأخيرة الصّعبة حتى أينعٌ وأثمر. ولا انسى طاقَمَ المؤمكسة؛ as Ts‏ بالذكر الأستاذ
عبد الرّحمن المصري. الذي تابع ونسئق باقتدار, ومعه الفاضلة نادية عثمان. كذلك:
أشكر a‏ ساهم في التحرير: المهندس حيدر عبد المجيد المومنيء والأستاذ dj‏
جميل مدانات. والمهندس حسام جميل nm‏ وضي الترجمة: : الأستاذ الدكتور
وهيب (mall‏ والمهندس حيدر المومني. رانو رد الدكتور ابراهيم
الناظر في متابعة الفصول الثلاثة المتعلّقة ب (التكنولوجيا الحيويّة) وتنسيقها.
وأخيراء ولیس آخرًاء انض ia‏ شكر atola‏ للشابّات في دارأزمنة للنشر
والتوزيع. اللواتي تجاوبّنَ معي في al‏ التفصيلات, ولم Oei‏ بآيّ ملل أو كلل من
تصويب الأخطاء. المرّة تلو 3541 '

بقي Gl‏ أتمنى للقارئ العربيّ العزيز ساعات طوالاً من المطالعة المنيرة المثيرة
المفيدة: وهو يمخرٌ Glue‏ (المحيط) الذي بيّن يديّه؛ انطلاقًا نحو آفاق علميّة Al‏
وأعرض وأعمق؛ بعون الله وتوفيقه.
همام غصيب
قسم الفيزياء/كليّة العلوم
الجاممة الأردنيّة

عمان؛ في ۲۰۱۱/۷/۲۷

ES

الفصل الأول

العلوم الرياضية

أ.د. عبد المجيد نصير

الأستاذ الدكتور عبد المجيد تصير

مقدمة
الرياضيات جهد إنساني تراكمي» يجري فيه البناء جيلا بعد
جيل ؛ لكن مع إعادة نظر في القديم» وتوسع في الجديد» وسبر
أغوار أخرى في الحاضر . وهذا الجهد ينهض به عباقرة يواصلون
pu‏ والبناء . وتختصر عبارة اسحق نيوتن ذلك عندما قال: op‏
كنت قد رأيت البعيد» فلأني كنت أقف على GUST‏ عمالقة» .
ولیس تعريف الرياضيات أمراً سهلاء أو مُجمعا عليه في
تفاصيله . فهذه الشجرة العظيمة الحية» التي تمتد فروعها كل يوم
في السماء» وتنغرس جذور جديدة لها في الأرض» وتنبت فروعاً
أخرى » وتعطي ثماراً يانعة دوماً» لا يحدها Y‏ العبقرية البشرية.
ويمكن القول إن : «الرياضيات علم ww Sly Structure à Ji‏
Order‏ والعلاقة Relation‏ المتطورة من الممارسات الأولية للعد
والقياس ووصف الأشكال». وهي تتعامل بالتفكير المنطقي»
والحساب الكمي» والمفهوم الذهني» وتتطور إلى مزيد من
التجريد Idealism JUI Abstraction‏ € سداها مصطلحات

لفن

غير معرفة» ولحمتها مسلمات» ونتاجها تعريفات أخرى وعبارات مبرهنة في بنية
أخاذة تتكامل أجزاؤها. l‏

إن الرياضيات علم» لأنها لا تقبل ضمن بنيتها إلا ما صح برهانه» في تطبيق صارم
للمنطق الرياضي . وهي أميل إلى الاستقراء» وإن كان فيها شى من الاستنتاج . لكنها
علم لا يقوم على التجربة المادية» وإن كان يستفيد منها ويفيدها. وهي علم تجاربه
ذهنية ؛ لكنها تعتمد الحدس والإلهام والاستطراد والتفصيل» تحدياً لما هو قائم» وثورة
على ما هو كائن» وانطلاقاً إلى عوالم أخرى. والرياضيات فن؛ فلها جمالها
الداخلي» في تناسق بنيتها واستقلالية مسلماتها» وسلاسة خطواتهاء مع ذوق رفيع
PEE‏ علم الخناصّة؛ ولا بد لها من توافر الذكاء الفطري» والجد
في العمل» والإخلاص في التعامل» قبل أن تنكشف الحجبء وترفع الأستار. إنها
شعر العلوم» وموسيقى التجريد» وخطوط ترسمها ريشة الذهن العبقري.

ولا يوجد في التاريخ فواصل Ab‏ بالزمن» وتلتزم بالقرون أو العقود؛ بل إن
التداخل هو الأصل . وما نبت فَرعاً غضاً في عد أو قرن إلا أينع في axe‏ أو قرن آخر .

وإذا كان القرن السابع عشر» Od‏ ديكارت وفيرما ونيوتن ولايبنتز» fhe‏ الثورة
الأولى العظمى في الرياضيات الحديثة» فإن القرن التاسع fete‏ الشورة العظمى
الثانية التي يمكن إيجاز ملامحها فيما يأني :

.١‏ انتهاء سيطرة هندسة أقليدس » وظهور هندسات أخرى: منها ما سمي غير
أقليدية «Non-Euclidean‏ على يد بولياي المجري OAT a VAt Y) J.Bolyai‏
ولوباتشف سكي الروسي OAOT AYAY) N.Lobachevski‏ ورين الألماني.8
«(1A1 _ YAY3) Riemann‏ وغيرهم؟ ومنها الهندسة الأسقاطية Projective‏ «
والتفاضلية Differential‏ . كما شهدت نهاية القرن التاسع عشر (۱۸۹۹) نشر داقد
هلبرت الألماني CS EY TAY) Hilbert‏ كتابه «أسس الهندسة»؛ وفيه إعادة بناء
هندسة أقليدس بناء مجرداً تماماً على أساس المسلمات» لتكون خالية من النواقض
والنواقص .

YY

أ.د. عبد المجيد نصير

؟. تطور Lou]‏ في علم الجبر؛ إذلم يعد مقصوراً على الحدوديات وحل
المعادلات» بل ظهرت بنى أخرى» مثل : الجبر الخطي «Linear‏ بمافيها من مصفوفات
Matrices‏ وفضاءات المتجهات Vector spaces‏ وخواصها وتطبيقاتها؛ والجبر
التجريدي Abstract‏ » وذلك على يد عباقرة» مثل : آبل النرويجي N.H.Abel‏
CVATA_ VAS)‏ وغالوا الفرنسي VAN E.Galois‏ ۱۸۳۲) . ۰

Y‏ حسبنة التحليل t Arithmetization of analysis‏ أي بناء التحليل على أسس
عددية صارمة» على يد كوشي الفرنسي «(AV YAA) A.Cauchy‏ وقيرشتراس
AAY - ۱۸1 0( K. Weierstrass AU‏ › وغيرهما.

٤‏ . انطلاق منطق رياضي مستقل عن منطق أرسطوء ابتداء بأعمال جورج بول
(OATELYA10) G.Boole‏ وهنري دي مورغان OAY A‏ ثم برتراند
رسل CO SV VAVY) B.Russell‏ وثلاٹتهم إنجليز؛ وفریغه ۱۸٤۸(6. Frege‏ -
٥‏ الألماني .

0 . مواصلة التداخل بين الفيزياء والرياضيات» وإسهام الثانية في تقدم الأولى لبناء
نظرياتها وتخليصها من شوائب التناقض» ومن سيطرة الأفكار القديمة؛ كما تجلى في
معادلات ماكنويل» كم في l eSNG‏

٦‏ . ظهور مجلآت متخصصة في نشر البحوث الرياضية» ابتداء من مجلة كرله
(VAY) UYI Crelle‏ إلى عشرات المجلات في بلدان عدة .

۷. ظهور نظرية المجموعات Set theory‏ على يد الألمانى G. Cantor pals‏
COO S YA VALE)‏ مع معالجة جديدة للمجموعات اللانهائية . l‏

A‏ . ظهور عبقريات رياضية كثيرة في ألمانياء مع زيادة الاهتمام بالرياضيات
والبحوث فيها.

بدأ القرن العشرون بثورات علمية في ميادين (BAe‏ خاصة في الفيزياء . فبعد اطراح
الحتمية» وميكانيكا نيوتن» والأثير الحامل للموجات» جاءت نظرية النسبية الخاصة

yy

لآينشتاين» ثم النسبية العامة؛ ثم مبدأ اللايقين» ففيزياء الكم؛ وبعد ذلك النفاذ إلى
الذرة انشطاراً واندماجاًء وما رافقه من رصد أجزائهاء وفهم أفضل للكون. وكانت
الرياضيات خير معين» ولا تزال. مثلاً: احتاج مبدأ هايزنبرغ في اللايقين إلى جبر غير
تبديلي؛ كذلك وصف الموجة لشرودنغر. أما فيزياء الكم فقد احتاجت إلى فضاء
هلبرت Hilbert space‏ ذي الأبعاد اللانهائية . OUS‏ لا بد من فضاء gd‏ أربعة أبعاد
Duy‏ التنسور أو التلسورات T‏ الممتدات أو الكميّات الممتدة) لنظرية النسبية
العامة . ويمكن إيجاز أهم ملامح رياضيات القرن العشرين فيما JL‏ :

أ- التوسع الهائل أفقياً ورأسياً في الساحة الرياضية . فيتمثّل التوسع AY‏ في بنى
جديدة من الرياضيات؛ ويتمثّل التوسع الرأسي بغزارة الإنتاج» وعمق النفاذ إلى
التفاصيل ؛ إضافة إلى مزيد من الصرامة والدقةء واعتبار ذلك شروطا لقبول البحث
P‏

ب - التشعب الغزير في ميادين الرياضيات وفروعها.

ج -استحالة تعمق الشخص الواحد بفروع الرياضيات المختلفة إلى حد البحث
والنشر القيم» نظراً لتفجر المعرفة وكثرة البحوث؛ الأمر الذي دفع دارسي الرياضيات
إلى التخصص الدقيق فيها.

د التباعد بين المفاهيم الرياضية والموجودات المادية . فالرياضيات عالّم من صنع
الإنسان: وجوده يتحقّق في الذهن البشري؛ كما قبل بناه بعد برهنة توافقها. وهذا
مينان ess‏ الرياضيات «Foundations of mathematics‏ التى تف بفحص
الفرضيات الأساسية للرياضيات وعملياتها وحدودهاء ونقائها من التناقض .
والرياضيات موذج للاستقراء العقلي» وتستخدم على نطاق واسع في العلوم؛
واستيعاب أسسها له نتائج واسعة بعيدة المدى حتى للفكر نفسه. وكم كانت الدهشة
كبيرة حين أثبت غودل !12.0806 سنة ۱۹۳١‏ » بطرائق لا يرقى إليها الشك» أنه فى
أي بنية رياضية سليمة توجد عبارات لا يكن برهنتها صواباً أو خطأ (ضمن تلك
البنية) ؛ ما قد يعني وجود أربعة خيارات منطقية : صواب؛ خطأ؛ صواب أو clas‏
ليس صواباً أو a‏

Yt

أ.د. عبد المجيد نصير

ه دخول الرياضيات المتقدمة في مناهج المرحلة الأولى من الدراسة الجامعية؛ ومن
بعدها المدارس» باسم الرياضيات المعاصرة» في النصف الثاني من القرن العشرين .
على أن رياضيات الدراسة الجامعية هذه لا تتعدى في مجملها رياضيات القرن التاسع
عشر إلا قليلاً. ورافق ذلك كثرة الطلبة الذين يدرسون الرياضيات ويتخصصون فيهاء
Jd y‏ دراسة الرياضيات من الخاصة إلى نطاق واسع .

و كثرة الجمعيات الرياضية» والمجلات المتخصصة في ميادين الرياضيات» وكثرة
النشر بأشكاله المختلفة . |

ز عالمية البحث والنشر . فالمجلة قد تنشر لباحثين من بلدان مختلفة» يجمعهم
التتخصص الدقيق » وتحكمهم معايير متقاربة؛ إضافة إلى كثرة المؤتمرات العلمية
المتخصصة في المستويات المختلفة .

ح- دخول النساء بكثرة في ميادين الرياضيات» وتزايد نسية المتخصصات فيها .

ط-اتجاه الرياضيات بقوة نحو التجريد والتطبيق معاً. فلكل من الميدانين ياحثوه
ودارسوه وأقسامه ومجلاته» ويفصل بينهما خيط رفيع . فالرياضيات البحتة تبدأ من
مسلّمات (نظرية) لتنطلق إلى نتائج مبرهنة منبثقة منها. أما الرياضيات التطبيقية»
فالبداية فيها من نتائج جاءت من تجارب مادية أو ما ماثلها للوصول إلى فرضيات قابلة
للبرهان.

ي -احتلال الولايات المتحدة الأمريكية مركز الريادة في co shalt‏ ومنها
الرياضيات. وقد استقطبت خير العقول ولاتزال» بفضل جامعات متميزة»
وتسهيلات لا نظيرَ لهاء وإغراءات مالية لا ثقاوم .

۲. ميادين رياضية

ليس من السهل الحديث عن ميادين الرياضيات في القرن العشرين في صفحات
قليلة . لكن يمكن تقديم بعضها بإيجاز» مثل : أسس الرياضيات» والطبولوجياء
والإحصاء والاحتمالات» والجبر» والحاسوب والحخوسبة» والتحليل الرياضي» ونظرية
الرسوم» وفروع أخرى.

Yo

أ أسس الرياضيات

بدأت نظرية المجموعات مع جورج d AIS‏ القرن التاسع عشر . ولعدم الندقة
في Oui‏ ظهرت بعض الحيرات(الفارقات) Paradoxes‏ ¢ وأشهرها محيرة deos‏
وأصلها المجموعة التي تحوي نفسّها عنصراً . وصياغتها اللطيفة هي في Se‏ القرية
الذي يحلق 35 كل من لا يحلق لنفسه؛ فمن يحلق ذقن الحلاق؟ وأمكن التغلب على
هذه المشكلة وغيرها il Lar‏ افتراضية Axiomatic‏ للمجموعات» كما فعل زرميلو
Zermelo‏ (19167-181/1)» الذي بنى المجموعات على سبع مسدّمات» وعدلها سنة
۰ فرانکل A.Fraenkel‏ (1851 1410( إحداها مسلمة الاختيار Axiom of‏
choice‏ التي كانت قد حيرت الرياضيين في كونها مستقلة أم لا. ثم انتهوا إلى أنها
Mio A udis.‏ طهر حصي عل كانه لها . ومع ظهور المنطق
الرياضي» اختلف الرياضيّون في نظرتهم إليه. فالمدرسة المنطقية «Logistic school‏
وعلى رأسها برتراند رسل وألفرد نورث وايتهد \AV)) A.N. Whitehead‏ -
of, (AEV‏ أن المنطق هو الأصل وأن الرياضيات قرع له. he el HUY‏
مبرهنات الرياضيات هي مبرهنات في المنطق . ورأت Wis‏ أنه يجب أن تعاد صياغة
المفاهيم الرياضية لتصير مفاهيم منطقية . وبلغت المدرسة أوجها مع نشر رسل ووايتهد
كتابّهما «أسس Principia Mathematica eX eu JM‏ » في ثلاثة أجزاء (1911-
۳ . ويبدأ الكتاب «بأفكار أولية؛ و«فرضيات أولية»» تناظر «مصطلحات غير
معرّفة» و«المسلّمات؛ عند المدرسة الصورية . وهذه لا tod‏ بل يبرهن اتساقها
(انسجامها Consistency (Gus‏ . ومن هذه جرى تطوير مفاهيم رياضية ومبرهنات»
أبتداء من حسبان الفرضيات Calculus of propositions‏ . وقد حاول المق لفان أن لا
يقعا في تناقضات» وذلك باستخدام" نظرية الأنواع» Theory of types‏ . واختلف
ا col all oo‏ المهمة؛ في حين عارضه
كثيرون. ومع أن هذه المدرسة ساهمت في فهم أسس الرياضيات» خاصة البرهان
الرياضي» I‏ أنها عجزت عن تفسير النشاط الذهني الرياضي؛ E‏ ليس تلاعباً
بالرموز والاستنتاج بالمنطق . كما لم يستطع رسل وجماعته حصر الرياضيات في إطار
المنطق .

YA

أ.د. عبد المجيد نصير

كذلك ظهرت المدرسة الصورية «Formalism‏ وعلى رأسها هلبرت . ودعواها أن
الرياضيات مهتمة بالأنظمة الرمزية الصورية. وهي تجميع لتصورات Ca p‏
عناصرها رموز وعبارات تتعامل مع هذه الرموز. والأساس الأهم للرياضيات ليس في
المنطق ؛ لكن فيما قبل المنطق من إشارات أو رموز ومجموعة من العمليات تتعامل
معها. وليس للرياضيات محتوى مادي؛ لذلك» فإن برهنة الاتساق لمختلف فروع
الرياضيات تغدو لزاماً وأمراً مهماً؛ ما يعني أن الصوريين دفعوا بالبيئة الافتراضية
للرياضيات إلى أبعد مدى . ويصير المنطق خادماً be A‏ للرياضيات وليس أصلاً.
وحاولت المدرسة الصورية حل المتناقضات في نظرية المجموعات .

عمل هلبرت وجماعته: برنيز «Bernays‏ وآكرمان Ackerman‏ وفون Oley‏
«Von Neumann‏ وغيرهم) منذ سئة ١1۹۲ء‏ على إطلاق ما سمي المشروع
الصوري. وكان نجاح هذا المشروع معلقاً على برهنة الاتساق» لضمان عدم وجود
تناقضات . على ST‏ إثبات الاتساق المطلق غير ممكن ؛ لذلك» كان أفضل الممكن هو
إثبات الاتساق النسبي» وهذا جح في تطوير » نظرية البرهان (Theory of proof‏ .
وعمل هلبرت وبرنيز على إعطاء عرض مفصل لنظرية البرهان في سفرهما الضخم
gel‏ الرياضيات (Grundlagen der mathematic‏ الذي n^ Ns‏ ؤه الأول سنة
4 والثاني سنة ۱۹۳۹ . ولم يكن بالإمكان برهئة الاتساق للنظام بأكمله؛ بل
لفروع منه.

Sd‏ ضربة غودل سنة 1911 (التي أشرنا إليها آنفا) حكمت على هذا المشروع
بالفشل ؛ إذ برهن على عدم Incompleteness alë‏ نظام هلبرت للرياضيات
التقليدية . ففي هذا النظام توجد مسائل غير قابلة للتقرير gl) Undecidable‏ لا يكن
إثبات صوابها أو خطئها) .

وظهر في الثلث الأول من القرن العشرين بروفر الهولندي ومدرسته
Intuitionism à; 2-1‏ . فقد عد فيلكس بروقر (A112 3AA Y) F.Brouwer‏
المتناقضات والمحيّرات في نظرية المجموعات أعراضاً خطيرة في البنية الرياضية»
وليست أخطاء من الرياضيين. وقامت هذه المدرسة على إنكار كل ما هو خارج عن

YY

الرياضي؛ والحقيقة هي ما أثبته الرياضي أو ما يمكن إثباته» ويجب بناء الرياضيات
بطرق بناءة ذات خطوات متناهية متطلقة من ike adea‏ الطبيعية المقبولة أصلاً.
وهي مقبولة لدى الإنسان بجميع مراحله وحضاراته» عرفها بسبب حدسه الفطري .
وبهذاء فالحدسيون ينكرون وجود الالانهائي؛ XM‏ لا یکن تركيب شئ حتى
المالانهاية . والرياضيات نشاط ذهني ؛ وليس مجموعة رموز ومسلّمات أو مبرهنات .
هذا النشاط يؤدي إلى بنى رياضية استقرائية تعميمية . وكل خطوة تأتي من ما قبلها.
وعندهم أن المنطق p‏ من الرياضيات . كما أنهم لا يرفضون الاختيار الثالث .

بدأت هذه المدرسة سئة .,. وقد نجح الحدسيون في اعادة بناء كثير من
الرياضيات الحديثة» بما فيها نظرية الاتصال ونظرية المجموعات. على أن الرياضيات
الحدسية كانت أقل قوة من الرياضيات التقليدية» وأكثر تعقيداً عند التطوير؛ لكن
طرقها لا تؤدي إلى تناقضات .

ولم يتحمس الرياضيون لهذه المدرسة؛ لأنهم اعتبروا الرياضيات جزءاً من العلم
الذي وظيفته كشف الحقائق . وهذا ما لا تقره المدرسة الحدسية ؛ بل إن بروثر نفسه كان
يلجأ إلى براهين وطرائق خارج مدرسته في بحوثه .

ب الطبولوجيا Topology‏

يعد المؤرخون كتاب#التحليل المكاني tAnalyse des Sites‏ لهنري يوانكاريه
6 بداية الطبولوجيا Lade‏ مستقلاً عن الهندسة . وليس من السهل وصف
هذا العلم؛ لكنه يبحث في الملامح الفضائية للأشكال التي تُعَدَ أنها لا تتغيّر إذا طرأ
عليها شد أو ضغط أو تشويه . فالسجادة المفروشة والأسطوانة متماثلتان طبولوجياً
لأنه يكن لف السجادة لتصير أسطوانة. وهذا ما سمي طبولوجيا مجموعة النقطة
Point-Set‏ . ,23 4 ضع الألماني فيلكس هاو سدورف \AVA) F.Hausdorff‏ ~
7 البنية الافتراضية لهذا العلم في كتابه «أسس نظرية المجموعات». المنشور سنة
5 ؛معتمدا على مفاهيم المسافة والجوار والنهاية لتعريف الفضاء الطبولوجي
(فضاء هاوسدورف). ثم تابع ليعرف مفاهيم الانفتاح» والانغلاق» والاتصالية

YA

أ:د. عبد المجيد نصير

. للفترات» ومفاهيم أخرى‎ Compactness | والتراص‎ «Connectivity

وترعرعت الطبولو جيا Combinatorial topology isidi‏ من دراسة فكرة
الاتصالية لسطح في الفضاء. وطور هذا المفهوم ريمان؛ وتحسن على يد بعض فيزيائيي
منتتصف القرن التاسع pte‏ في دراستهم ديناميكا الموائع والكهرمغناطيسية . وكان
إنريكو بتي UE Betti‏ عمم فكرة الاتصالية المتعددة سنة ۱۸۷١‏ لفضاءات ذات (ن)
من الأبعاد؛ في حين عالج بوانكاريه ا موضوع بطريقة الهمولوجيا Homology‏
وعرف عدد بتي Betti Number (Bp)‏ عنصراً في (V)‏ فضاء ذي (ن) من الأبعاد.

أما نظرية الهمولوجيا الحديثة فقد طورها عدد من الرياضيين في بداية القرن
العشرين؛ ومنهم جيمس ك AAA) LW Alexander‏ 14۷1( نة AYT‏
و عرف مط Simplex‏ ذات ط من الأبعادو Complex iias‏ . وطبق تعريفه
للهمولوجيا على سلاسل مغلقة Closed chains‏ .

ثم ظهرت مع منتصف القرن العشرين الطبولوجيا الجبرية «Algebraic topology‏
مع ألكسندروف iu )1987-14945( P.S.Alexandrov‏ ۲ ۱۹۲۷-۱۹۲ . وكان مقيماً
في غوتنغن ؛ مستمعاً إلى محاضرات se]‏ ( نويثر E.Noether‏ (۱۸۸۲- 21910 .

وانشغل بهذا ا موضوع ليويولد قيتوريس L.Vietoris‏ (ولد OAIN‏ وهاينز هويف
4V5_3A48) H.Hopf‏ 1( کما نشر قالتر (VAEA AAY) W.Mayer pls‏ سنة
8 بنية افتراضية للزمر الهمولوجية. ثم توسع ا موضوع مع صموثيل Exch!‏
S.Eilenberg‏ (ولد 1411( وصوندرز ماكلين S.MacLane‏ (ولد O13‏ في
بحوثهما حول الطائفة Category‏ سنة 1444 . Loy‏ اقترانا معرفاً من طائفة إلى
أخرى قرآنا Functor‏ ؛ ما gal‏ إلى تجريد التجريد .

عرقت الطائفة © على أنها ثنائي ( » ,4 4؛ حيث A‏ تجميع لعناصر مجردة (مثلاً
25( تُسمى أشياء Objects‏ وعنصر مجرد » (مثلا همومورفزم)؛ أي BU‏ شكلي
s;‏ | تطبيقاً Mapping‏ للطائفة . فإذا كانت D= (B, 8( C= (A, a)‏ طائفتين»

نعرّف TH‏ من © إلى ED‏ أنه زوج من الاقترانات يرمز لكل منهما بالرمز T‏
TA‏

وهما اقتران أشياء واقتران تطبيق؛ أي eal‏ إذا كان ۸۲ + ۸ : »» حيث

T(a):T(A)>T(A)ED iji +T(AJED, AEC

(Tus,‏ فقد e‏ إحدى المسائل الشهيرة التي علقت لأكثر من قرن» وهي مسألة
الأنوان الأربعة ؛ حيث لا تتشارك منطقتان متجاورتان o o‏ نفسه» على شرط أن لا
يكو ن الجوار نقطة . والمسألة قديمة منذ CAO Y‏ وعمل عليها عدد من الرياضيين» حتى
حلها كنيث أيل K-Appel‏ (ولد ۱۹۳۲) وولفغانغ هاكن (ولد (VAYA‏ سنة VAVA‏
باستعمال الحاسوب . cal,‏ هذه آول مرة يستعمل فيها الحاسوب للبرهان؛ ما أثار
Yar‏ بين الرياضيين .

e‏ الإحصاء والاحتمالات

الاحصاء والاحتمالات ميدانان رياضيّان منختلفان؛ لكنهما مترابطان. وأصول
الإحصاء من جمع بيانات وتحليل بسيط لها قديمة جداً. والإحصاء علم تطبيقي عم
انتشاره في جميع ميادين المعرفة» مثل الإدارة والصناعة والأعمال والطب والقانون
والآداب. وفي الإحصاء أدوات فعالة للتحليل والاستنتاج ؛ مثل : اختبار الفرضيات
«Test of hypotheses‏ وتصميم التجارب «Experiment design‏ والاستدلال
الإحصائى «Analysis of variance „ai JA s «Statistical inference‏ والتوزيعات
المختلفة «Distributions‏ والارتباط «Correlation‏ والانحدار Regression‏ وسلاسل
الز فون «Time series‏ وسلاسل ماركوف Markov chains‏ . ش

تنبع الحاجة إلى الإحصاء من كوأن القوانين التي تحكم نشاط الطبيعة غير معروفة
تماماً؛ وكل ما يُعرف فرضيّات تدعمها حقائق الرصدء وهي قابلة للتطوير والتحسين.
وإذا كان للعلم طريقتان: استنتاجية تبدأ ببيانات» ومعرفة سابقة تنتهي بالتحقيق ؛ فإنه
في حالات كثيرة» خخاصة في الإنسانيات والعلوم الحياتية حيث عدد الأرصاد «del‏
NI‏ الطرق الإحصائيّة طريقة WU‏ توصل إلى تقدير كمي لأهمية النتائج . وهذاما
يجري في تحليل النصوص الأدبية» أو التطبيقات في علم الوراثة ومفرداته وتحليلاتها .

ولم يدخل الإحصاء في المناهج الجامعية إلا في العَقدين الرابع والخامس من القرن

أ.د.عبد المجيد نصير

العشرين . والفضل في إرساء قواعده يعود إلى السير آرنولد فيشر -AA )A Fisher‏
۲ . وأول من أطلق مصطلح Statistics‏ (الإحصاء) هو الألاأني أشنقفال.6
Achenwall‏ في منتصف القرن الثامن عشر . وأسس كارل ييرسون C. Pearson‏
(1975-18619) مجلة«بيومتريكا Biometrica‏ مع بداية القرن العشرين ؛ كما 38(
اختبار مربع كاي Chi-square test‏ .

تمد مراسلات Le ped‏ وباسكال حوالي ١768 Xa‏ حول eati‏ اللعب بالتره بداية
لعلم الاحتمالات. لكن نضوج هذا العلم كان في القرن العشرين. وفي نصفه الأول
تطور الإحصاء والاحتمال إلى علم رياضي ناضج . ودخل المناهج الجامعية. ودرس
الروسي أندريه ماركوف )١19177-18057( A. Markov‏ سلاسل الأحداث ؛ قربط
الإحصاء بالاحتمالات. ووضع A.Kolmogoroff Gy prt S‏ (ولد +14(
الأسس النظرية للاحتمالات » في بنية استخدمت فضاء هلبرت ونظرية المقياس لليبيغ
-1AV0) H.Lebesgue‏ )198( ووسع لورنت شقارتز L.Schwartz‏ مفهوم
الاشتقاق ليتجاوزٌ حالات الاتصال. وكان إميل بورل AY Y) E. Borel‏ 403( قد
وضع سنة ١104‏ كتابه «مبادئ نظرية الاحتمالات؟.

Theory of Information د نظرية المعلومات‎

هذا ميدان واسع» ولا يزال يتوسع . فانطلاقاً من RI.‏ الرياضيات (تحويل
الرياضيات إلى المنطق)ء توصل الرياضيون إلى إحداث تحقيق تطورات في نظرية
اللغة؛ ونظرية المعلومات» وأجهزة الضوابط الآلية «Servomechanisms‏ ونظرية
الألعاب» وبحوث العمليات» والحواسيب . والقاسم المشترك بين هذه الميادين هو
حاجتها لآلية تترجم الأوامر المعطاة من لغة رمزية إلى لغة مفهومة آخرى» أو إلى
أعمال . .

وقاعدة نظرية المعلومات هي إيجاد تناظر واحد إلى واحد بين أي لغة والرياضيات .
وأبسط مثل لذلك هو التمثيل الثنائي للحرف أو الرقم أو الرمز؛ أي باستعمال العددين
١٠‏ . وهذايمكن من خزن المعلومات واستعادتها. فنقل عبارةء أو صورة» أو كلمة»

y!

ا س
أو معادلة رياضيات إلى معلومات مخزونة في بنك ذاكرة» أو قاعدة بيانات حاسوبية؛
أو تبيطة بصريّة (شريط فلم أو شريحة)ء أو شكل صوتي (شريط مغناطيسي) يحتاج
إلى الاسترجاع . bags‏ هنا تحديد خسارة المعلومات في أثناء الاسترجاع . وهذا هو
مبدأ نظرية المعلومات. والرياضيات هي الوسيلة الفعالة لذلك. ومن نظرية
المعلومات» توصل العلماء إلى ربط المعلومات بمفهوم الاعتلاج Entropy( las iD‏
في الديناميكا الحرارية .

واسترجاع المعلومات قد لا يكون من مصدر بعيد دائماً؛ بل قد يكون ضمن الوحدة
نفسهاء كما هو الحال في الأجسام الحية» أو حتى داخل الخلية الواحدة . وهنا تأتي
الأجهزة ذات الضبط الذاتي . والسائق وسيارته مل لذلك؛ حيث يضبط السائق حركة
السيارة واتجاهها oly‏ على معلومات آنية . وهذا يقود الى علم جديد من علوم القرن
العشرين وهو السبرنطيقا Koel)‏ الأوتوماتي) Cybernetics‏ . وهو علم وضع Mal‏
نوريرت قايئر AVAVENAVE) N. Weiner‏ ويختلف عن علم المعلومات بوجود الية
التغذية الراجعة Feedback‏ .

تفرع من نظرية المعلومات ما سمي نظرية الألعاب Game theory‏ التي بدأت مع
هلبرت وپوانکاریه ؛ لکن بطلها هو جون فون نويمان VAoV Y Y)‏ المجري الأصل .
وهي رياضيّات تطبيقيّة لتحليل أوضاع معينة؛ حيث الأطراف التي تلعب لها
اهتمامات متمائلة أو متعارضة أو خليط من ذلك. بدأ فون نيومان وأوسكار
مورغنتنسن Morgentenson‏ .0 بكتابهما «نظرية الألعاب والسلوك الاقتصادي» سنة
5 . وكانت غايتهما إنشاء استراتيجية تطبق على الاقتصاد لخدمة المجتمع ؛ الأمر
الذي دفعهما إلى تطوير نظرية ألعاب لمجموع غير صفريء مقابل نظرية الألعاب
الكلاسيكية ذات المجموع الصفري . فاللعبة في الاقتصاد بها ثلاثة أطراف : إدارة
وعمّال ومجتمع . وا أن الربح مطلوب» فالمجموع ليس صفريا. كذلك الحرب ind‏
غير صفريّة . وفى لعبة اتخاذ القرار» يكون لكل من اللاعبين أهدافه» ويحاول أن يبز
الآخرين بأن يتوقع قراراتهم . ونظريّة الألعاب تؤكد النواحي الاستراتيجية» وليس
الحظ ¢ ls nelle,‏ عن الاحتمالات.

YY

أ.د. عيد المجيد نصير

وقد انبشق منها المحاكاة cSimulation‏ بدأها فون نويمان سنة ١914٠‏ بطريقة محاكاة
مونتي كارلو لتحليل الظواهر النووية المعفّدة التي تدخل في بناء قنابل ذرية أو مفاعلات
نووية.

Optimization الأمثلية‎ ه‎

هذا علم جديد من علوم القرن العشرين يبحث في الأسلوب المناسب لتحسين قيمة
كمية عددية أو زيادتها إلى الحد الأقصى أو الأمثل . وقد تكون هذه الكمية على هيئة
حرارة» أو جريان cole‏ أو جوائز لعبة ماء أو جاذبية سياسية» أو قوة تدميرية» أو
معلومات» أو فوائد مالية. ولا يكن وصف هذه الأساليب بإيجاز؛ إلا أنها تشمل
البرمجة 4434 «Linear programming‏ حيث المطلوب ايجاد القيمة القصوى لاقتران
خطي يخضع لشروط خطية» كما تشمل اليرمجة غير الخطية. ولهاعلاقة بنظرية
الألعاب.

Geometry و-الهئدسة‎

شهد القرن التاسم عشر هندسات عدة كما أسلفنا. وشهد القرن العشرون ظهور ما
سمي الهندسة التوافيقية «Combinatorial geometry‏ وهي هندسة تهتم بترتيبات
العناصر الرياضية ووسائل الاخحتيار» ومناح معينة من الاحتمال. ومن مسائلها
الأساسية تحديد عدد التشكيلات Configurations‏ الممكنة (رسوم؛ تصميمات؛
(Arrays DP‏ لنوع ما.

ز الجبر Algebra‏

بقي الجبر حتى القرن التاسع عشر معنياً بالحدوديات والمعادلات وحلولها؛ لكن
ذلك القرن شهد انعطافاً جديداً ونشوءاً لنوعين من الجير : الخطي والمجرد. وشهد
القرن العشرون مزيداً من التوسع والعمق في هذين الميدانين .

ويعنى الجبر بمسائل خحطية ؛ أي مسائل تعتمد فى حلها على GUNS‏ خطية؛ ما
أدخل مفاهيم المصفوفات» وفضاءات المتجهات a‏ هذه أفكار القرن التاسع ؛ لكن
القرن العشرين شهد تحسينات وإضافات وتطبيقات كثيرة.

ry

أما الجبر المجرد فيهتم بصياغة أنظمة جبرية مجردة وخصائصها. ولكل من هذه
الأنظمة عناصره ومسلماته وخواصه. وشهد القرن التاسع عشر ظهور بنية الزمرة
Group‏ , وفى القرن العشرين ظهرت بنية الحلقة Ring‏ والحقل Field‏

بدأ مفهوم الحلقة مع الأمريكي بنجامين برس (VAA -YA + 9) B. Pierce‏ الذي
سماها Linear associative algebra‏ حوالى ۰ . ودرس آخرون ما p Ew‏
البسيط Simple‏ . وطيّق إيلى كارتان E. Cartan‏ الجبر البسيط على الأعداد المركبة؛
كما pas‏ أعماله جوزيف ودربرن .)۱۹٤۸-۱۸۸۲( J Wedderburn‏ وتابع التفصيل
والتصنيف آخرون» مثل : هلموت هاسى Hasse‏ .11» وريشارد براور R.Brauer‏
(۱۹۷۷-۱۹۰۱)» وإيمى نويثر ؛ وهى تصنيفات تعتمد نظرية العدد الجبرية .

old,‏ نويثر Noetherian rings‏ أهمية.خاصة . فهي حلقات تبديلية ذات عنصر
حياد تحقق شرط السلسلة التصاعدية t Ascending chain‏ حيث لكل سلسلة
I, DT, ols‏ يتحقق الشرط ر[ clee‏ وتنقطع السلسلة بعد عدد نهائي من
الحدود.

ومن تفريعات الجبر الحديثة ما سمي المكسرات Fractals‏ الذي طوره مندلبروت
Mandelbrot‏ من مفهوم الزمرة. والمكسرة تنتج من تتابعات LUN Iterations‏
للوصول إلى جميع أشكال المناسيب Contours‏ .

وقدم لينارد دكسون VAVE) LE, Dickson‏ -1404) مفهوم الحقل سنة ۱۹۰۳ .
والحقل مجموعة من العناصر Gd‏ عليها عمليتان )+ »٠)ء‏ وتخضع لمسلّمات تحدد
صفات الإغلاق والتبديل والتجميع» ولها عناصر حياد وعناصر نظير لكل عملية؛
إضافة إلى خواص التوزيع . شم تبع ذلك تصنيف الحقول» كما فعل إرنست ستاينتز
(AYAL ۷ E, Steinitz‏ سئة ۱۹۱۰ : من حقل Prime LU‏ وحقل جبري
poly «Algebraic‏ متسام Transcendental‏ . هذه البحوث أو صلتنا إلى مفهوم
فضاءات المجهات» الذي بني بمسلمات الألماني هيرمان ثيل -\AA0) H.Weyl‏
06 ) سنة ۱۹۱٩۸‏ .

Yt

أ.د. عبد المجيد نصير

ويلحق بالحبر نظرية الأعداد Number theory‏ ¢ وهو موضوع قد تناوله الإغريق
ومن بعدهم . والإضافات فيه قليلة؛ لكن تداخل حلول مسائله مع ميادين أخرى أدى
إلى تقدم في هذه الميادين. ومن أشهر مسائله «مسألة فيرما الأخيرة»؛ وهي إثبات أن
المعادلة

س + ص Ò‏ دعن

ليس لها حل في الأعداد الصحيحة الموجبة إذا ن > LY‏ وقد حلها أخيراً (سنة OAE‏
الأسترالي المولد أندرو وايلز A Wiles‏ بعد أن دخل في ميادين رياضيّة عدّة ذات
علاقة l LAU‏

ح - التحليل الرياضي Mathematical Analysis‏

يكاد التحليل الرياضي بفروعه أن يكون أقدم ميادين الرياضيات التي شهدت
تطورات ثورية مثيرة منذ النهضة الأوروبية . ومنذ عصر نيوتن ولايبنتز» تجمعت
معلومات هائلة في التحليل» مم نها لم تكن خالية من الضعف أو التناقض . وكان
القرن التاسع عشر» كما أسلفناء فرصة لترتيب بيت التحليل الرياضئ e‏ وإعادة بنائه بنية
رياضية صارمة على يد عدد من كبار الرياضيين؛ من أمثال: كوشي » وغاوس»
ودديكند» (OU a‏ وریشلت» وقيرشتراس» وبلزانو» وفورييه» وبورل» وكانتور.

توسع التحليل في القرن العشرين ودخل إلى مناطق كانت محظورة؛ تحديداً في
توسيع مفهوم الاقتران ليشمل حالات شاذة» وتحليلها بأدوات الاشتقاق والتكامل»
وتطبيقها. وهكذا ظهرت الاقترانات المعممة «Generalized functions‏ وعمل على
ذلك لورنت شفارتز. ومن هذه الاقترانات» اقتران Wa‏ ديراك :

ع دع 5 0 رع/1 = f(x)‏
QX»€‏

f fe(x)dx = 1;
0

Yo

ô (x)= lim f ex);

f8 (0 dx = 1:
0

Í 6 (x-a)g (x)dx=g(a).

ويمكن ان 8(x) fhe‏ قوة مركزية تعمل للحظة قصيرة جداً.

وعالج الرياضيّون مسألة التكاملات بشروط مختلفة كانت DELIS‏ كل مرة.
فظهرت التكاملات الآتية : تكامل ستيلتجز» نسبة إلى الهولندي ستيلتجز T.Stieltjes‏
OAA EAO)‏ وهو أعم من التكامل حسب ريمان. كذلك» بناء على نظرية المقياس
Measure theory‏ « ظهر تكامل لبيغ» نسبة إلى الفرنسي -\AV0) H. Lebesgue‏
(V4)‏ وهو اقتران يقبل مجالاً يحوي مجموعة عدادية Denumerable‏ « حيث
الاقتران منفصل . ونذكر سريعاً التكامل حسب الفرنسي دنجوي A. Denjoy‏
(191/5-1884)» الذي عمم فكرة لبيغ ليصير التكامل نهاية مجاميع وأصل مشتقة
Antiderivative‏ في (Y) ol‏ كما ق دم المجري الفسرد هار A. Haar‏
(۱۹۷۳-۱۸۷۸) تعريفاً آخر للتكامل .

وانطلاقاً من التكامل (نهاية مجاميع)» جرى تعميم ذلك ليشمل حالات مثل :

f (s) =fK (s.Of (tdt,

حيث A‏ عدد حقيقي «(Parameter las)‏ و()1 اقتران غير معلوم؛ في حين (KG,‏
Kernel alg re‏ . هذا التكامل E‏ أبضاً على A‏ خطي Linear operator‏ ¢ ما
يسمح باستخدام طرق جبرية . وقد نتجت مثل هذه المعادلات التكاملية Integral‏
5 من حل مسائل تردد موجية. وقد نسمى التكامل تحويلاً Integral LLIS‏
transformation‏ $ من هذه التحويلات : نويل لا يلاس الشهيرء وكذلك تحويل
فورييه» وتحويل هانكل «Hankel‏ وتحويل ملن Mellin‏ وغيرها.

درس هذا النوع من المعادلات التكاملية كل من قولترا الإيطالي Vito Volterra‏ «

Ya

أ.د. عبد المجيد نصير

والسويدي فردهولم CVSYVAAT) Ivar Fredholm‏ الذي وسع تطبيق المعلم A‏
من حالات صوتية إلى أخرى ضوئية؛ ماعرف بطيف Spectrum‏ القيم المميزة
Eigenvalues‏ .

EE d - - 5 ٠ 5‏ « و 5 ^
هلبرت . وعرف فيه اقتران سمي اقترانياتي(أي اقتران الاقتران) ¢Functional‏ ما

أوجد ميداناً جديداً هو التحليل الاقترانياتي Functional analysis‏ . وكان الرياضي
البولندي باناخ AAY) Stephen Banach‏ 4£0( قد أوجد مف M. ores‏
فضاءات الاقترانات أعم من فضاء هلبرت . كما أن الأمريكي مور E. H. Moore‏
C AY YAY)‏ والفرنسي فريشيه Late (AVY. AVA) Maurice Frechet‏
أعمال قولترا وهلبرت في الاقترانيات إلى فضاءات مجردة . واستخدم فريشيه» ابتداء
من أطروحته للدكتوراة سنة 1405» عناصر مطلقة الاختيار مثل المنحنيات أو ebu‏
ووجد أن مفهوم المسألة ليس ضرورياًء و أكّد الخصائص التحليلية (لامتناهية الصغر
(Infinitesimal‏ للاقترانياتي .

وقفز التحليل العددي Numerical analysis‏ قفزات هائلة نظرياً وتطبيقاً في القرن
العشرين dele t‏ بعد إدخال الحوسبة فى خوارزمياته» ودراسة الخصائص التحليلية
للتشويش Noise‏ والأغلاط Errors‏ وصار الحل العددي لمسائل من المعادلات
التفاضلية العادية أو الجز ois‏ أو المعادلات التكاملية أو التكاملات» أو نظم المعادلات
الخطية» وغيرهاء أمراً سهلاً باستخدام الحاسوب .

وظهرت نظرية الشواش (الفوضى) Chaos‏ من مراقبة المنظومات الديناميّة مثل
النجوم الثنائية » أو المنظومات الكوكبية» المحكومة بقوانينَ دقيقة ؛ ومع ذلك قد يظهر
لها سلوك غير متوقع في ظرف ماء وهو سلوك فوضوي. وأبسط مثل لذلك هو مدار
ساتل (قمر صناعي) يطلق من الأرض ليدور حولها في مدار هو قطع ناقص» يتحدد
بالشروط الابتدائية ومنها سرعة الانطلاق» وهي سرعة لا يمكن قياسها بدقة تامة؛ ما
يعني أن مدار الساتل هو ضمن مجموعة من القطوع الناقصة. oda y‏ من حالات
الفوضى . وقد بدأت دراسة هذا الموضوع ٠۹٦۰ d‏ .

YY

وأخيراً نذكر الحسبان الكسري Fractional calculus‏ ؛ وهو الحسبان الذي يتعامل مع
رضي عد efr ek‏ سالب أو موجب. وقد بدأ السؤال مع
ل لکن ليوقيل C AAT 180 4) J. Louiville‏ كان أول من e‏ تعريفاً a IU‏
عدد حقيقي . وجرى تقدم كبير لهذا الموضوع في القرن العشرين على يد عدد من
الباحثين» ومنهم العربي العراقي محمد علي البصام . وللموضوع تطبيقات كثيرة . '

Graph Theory نظرية الرسوم‎ do

يعني الرسم ‏ اصطلاحاً مجموعة غير خالية and la polis‏ رؤوساً Vertices‏ «
ومجموعة أخرى عناصرها تسمى حواف Edges‏ وكل حافة تتألف من رأسين .
ونظرية الرسوم بدأت مع أويلر Euler‏ سنة ۱۷۳١‏ في محاولته حل مسألة جسور
كونغز برغ olsy Königsberg‏ حلّه جبرياً. وأعاد الاهتمام بها وليم هاملتون
«(1A9 _ 1۸+0) W. Hamilton‏ الذي حول المسألة سنة 1808 إلى لُعبة تباع في
الأسواق. كما اهتم آرثر كايلي CASS YAYY) A.Cayley‏ بالموضوع € فقدم مفهوم
الشجرة Tree‏ والشجرة Rooted tree à ilt‏ < والرؤوس التي سماها «Knots laze‏
ومفهوم الأغصان Branches‏ .

لك المسألة التي ميّزت هذا العلم هي مسألة الألوان الأربعة؛ وهي مسألة ذكرناها
في الطبولوجياء وإن كان اعتبارها ضمن نظريّة الرسوم. وكان لمحاولة حلها أثر مهم
في تطوير هذه النظرية .

INS A

أشجار مختلفة لها Co)‏ من الأغصان Ya e)‏ ۴).

E >

YA

أ.د. عبد المجيد نصير

ي ‏ الحاسوب والحوسبة : Computer and Computerization‏
اخترع الحاسوب (الإلكتروني) أداة للحساب السريع SE‏ ثم صار بداية لثورة
غلبية كبري تيوت المت الفا من القرق المشرين» وسيظل لحاسو gal‏ ها رطع
اتجاه العلوم والتكنولوجيا في العقود الأولى من القرن الحادي والعشرين . ولا نريد أن
ندخل في تاريخ هذه الآلة وتطورها المادي حتى وصلت إلى ما وصلت إليه يه ؛ ابتداء من
إنياك ENIAC‏ سنة ۱۹٤٤‏ إلى آخر حاسوب ضخم أو شخصي موجود. لكننا نشير

بإيجاز إلى ملامح هذه القفزة :

١‏ . الاعتماد الكلي على الإلكترونيات المتقدمة وتطبيقاتها (التكامل BG‏ المقاس
1:51)؛ ما مكّن الصانعين أن يختصروا حاسوباً كان حجمه عشرات الأمتار المكعبة
قبل ثلاثين عاماً إلى آخر أفضل منه وأطوع يوضع على المنضدة أو يحمل Adi‏

LY‏ البحوث النظرية التي سبقت هذه الآلة وصاحبتها؛ ابتداء من أفكار بابج
الإنجليزي (AVIA C Babbage‏ ومروراً بآلان تيورنغ NAVY) A. Turing‏
15 وفون نويمان وكلود شانون (ولد »)١915‏ وغيرهم.

كانت رسالة شانون للماجستير في معهد مساتسوشيتس للتكنولوجيا MIT.‏ سنة
۸ ذات أثر مباشر على تطوير الحاسوب . فقد طبق جبر المنطق الذي طوره جورج
بول قبل قرن تقريباً لتركيب دارات فتح وإغلاق ذات صفات معينة» واستخدم التمثيل
الثنائي : صفر ليمثل الدارة AM‏ والعدد واحد لتمثيل الدارة المفتوحة؛ ومن ثم أمكن
تمثيل دارات على التوازي أو التوالي» سواء أكانت دارات مفتوحة أم مغلقة .

أما تيورنغ فقد اهتم بالحاسوبية Computerability‏ ليجيب بدقة عن أسئلة مثل : ما
هي الحوسبة؟ هل يكن إجراء حساب ما؟ وهذا دفعه إلى اختراع ما سماه آلة تيورنغ
«Turing machine‏ وهي آلة نظرية تستطيع إجراء حسابات ote GY‏ أو اقتران حسب
تعليمات مفروضة.

ولا يزال أثر فون نويمان واضحاً في تصميم الحاسوب. فقد اقترح أن يضم هذا

YA

التصميم وحدات متكاملة» هي وحدة الحساب (المعالج CS 5S M‏ ووحدة الذاكرة»
ووحدة التحكم» ووحدات الإدخال والإخراج. ولدمج التعليمات LAL‏ اقترح
استعمال الحساب الثنائي لكليهما؛ وهكذا كان .

وقد تسارع التقدّم التكنولوجي في الحاسوب والحوسبة لينتج لنا علماً جديداً تشابك
مع كثير من المعارف العلمية والإدارية والإنسانية» سمي المعلوماتية Informatics‏
وصارت البرمجيات Software‏ رائدة في تقدم العتاد Hardware‏ وها نحن نعيش
عصر الشبكة العالمية (إنترنت) التي تربط بين مئات الآلاف بل الملايين من الحواسيب
والبشر في شبكة من المعلومات والتواصل والتفاعل؛ الأمر الذي حول العالم إلى قرية
إعلامية واحدة.

وسأختم هذا البند مقتطفات من كتاب بل غيتس «Bill Gates‏ مؤسس شركة
Sule‏ وسوفت Microsoft‏ وصاحبهاء وعنوانه t The Road Ahead‏ وهو مترجم إلى
العربية بعنوان «المعلوماتية بعد الإنترنت : الطريق إلى المستقبل» :

«إننا نبدأ جميعاً OW‏ رحلة كبرى» ونحن لا نعرف على وجه اليقين إلى أين تؤدي
بنا هذه الرحلة أيضا . لكنني على يقين مرة أخرى من أن هذه ستؤثر في حياة أعداد من
الناس وستأخذنا جميعاً إلى ما هو أبعد. . .2 .

«إن الثورة في مجال الاتصالات قد بدأت leg‏ وسوف تستغرق تطوراتها عدة
عقود قادمة» وستدفعها إلى الأمام «التطبيقات الجديدة»؛ أي الأدوات الجديدة التي
ستلبي حاجات غير le‏ بها حالياً. .©

e ga‏ الأدوات المعلوماتية وسائط رمزية تضخم ذكاء مستخدميهاء بدلا من
عضلاتهم. ومن الأهمية بمكان أن تجري مناقشة الجوانب الطيبة والجوانب السيثة
لمنجزات التقدم التكنولوجي على أوسع نطاق؛ بحيث يكن للمجتمع كله وليس
لتكنولوجيّيه وحدهم» أن يوجه حركتها».

أ.د. عبد المجيد نصير

^ T

خاتمة

بدأ القرن العشرون في الرياضيات بخطاب هلبرت في Eg‏ باريس O89)‏
الذي اختار (Y).‏ مسألة غير محلولة» وتنبأ Yb ob‏ سيوجه رياضيات القرن
العشرين . ومع أن أكثر هذه المسائل قد حل إلا أن مسيرة الرياضيات في هذا القرن لم
pls‏ مباشرة بهذه الحلول. ومع بداية قرن جديد» لا نحتاج إلى أنبياء في الرياضيات
يشيرون إلى اتجاهاتها الجديدة؛ بل إلى باحثين عباقرة» وسخاء مالي . فالرياضيات
شاط cese‏ عند حا من الو ات وا cui ed eil‏ ات xc dai‏
الذاتية» والذوق الشخصي. لذلك سيظل موجه البحث الرياضي والإبداع ليس من
الخارج بقدر ما هو الإلهام المبدع والتحدي الذهني في داخل عقل الرياضي . والرياضي
هو العالم الذي لا يهتم بزبائنه ؛ بل لا يهتم بوجودهم. وربماعبارة صموثيل إيلنبرغ
تصلح في هذا السياق؛ إذ قال: Ub‏ خياط معاطف» بعضها له كم واحد» وبعضها له
OAS‏ وبعضها له أكمام عدة» وبعضها ليس له كم؛ فإن أعجبك معطف فخذه» وإن
لم يعجبك فلا يهمني». وليست هذه عبارة تكبر أو عجرفة؛ لكنني أحسبها عبارة
ترهب في محراب الرياضيات لمن نذر نفسه لها وامتلأت نفسه رضا بها وشغفاً. على
أننا نقول مع أحد الكبار : «رياضيو المستقبل العظماء . . . سيحلون مسائل عظيمة
أورثناهم إياها . . . » وأخرى لم تفلح مخيلتنا في اكتشافها؛ وسينظرون إليها من
منظور جديد. ويؤمن الرياضي بأنّه سيروي ظمأه من منابع المعرفة؛ مقتنعاً QU‏ هذه
المنابع ستبقى جارية صافية ثرية . وإذا سألته لماذا يصر على تسلق المرتفعات الخطرة
حيث لا يوجد إلا آقرانه» فسيكون جوابه من أجل شرف الروح البشرية».

وأضيف: إن المنظر من قمم هذه المرتفعات جميل جداً » سواء فتحت عينيك أو
أغمضتهما. هنا يمتزج الحلم بالحقيقة » والعلم بالفن» والإلهام بالعمل الجاد.

را علينا أن نغير من مناهج التدريس في المدرسة والجامعة لنحبّب الرياضيات إلى
العامة» Gacy‏ هذه العبقريات لرعايتها وهي غضة . وعلينا أن لا نبخل بالحوافز
والعطاء. فالجائزة شرف ومجد وخلود للعبقري» وتقدم وتطور للعلم والإنسان.

References and Readings مراجع وقراءات‎

عامة

1. Boyer, Carl, A History of Mathematics Second Edition, John Wiley (JW), New York,
1991.

2. Courant , R. Robbins, H, and Stewart, 1 What is Mathematics? Oxford University
Press, 1996,

3. Katz, Victor, A History of Mathematics, Second Edition, Addison-Wesley (AW),
New York, 1998.

4. Huntley, H. E., The Divine Proportion, Dover Publications (DP), 1970.

5. Ghyka, M. C., The Geometry of Art and Life, Second Edition, DP, 1998.

أسس الرناضيات
Gödel, K. The Consistency of The Axiom of Choice, Annals of Mathematical Studies,‏ .6
No.3, Princeton, N.J, 1953.‏
Stoll, R, Set Theory and Logic, Freeman, 1963.‏ .7
Suppes, P., Axiomatic Set Theory, Van Nostrand, Princeton, N.J, 1972 .‏ .8
Wilder, R., Inrtoduction to the Foundations of Mathematics, JW, N.Y., 1965.‏ .9

الطبولوجيا
Hatcher, A., Algebraic Topology, First Edition, Cambridge University Press (CUP),‏ .10

2001.

11. Milnor, J.W., Topology from the Differentiable Viewpoint, Revised Edition,
Princeton University Press (PUP), 1997.

12. Munkres, J., Toplogy, Second Edition, Prentice-Hall (P-H). 1999.

slas Yi‏ والاحتمالات
Billingsley, P., Probability And Measure, Third Edition, Wiley-Interscience (WT), .‏ .13
.1995

LY

pow T oe ——————— mH

14. Feller, An Introduction to Porbability Theory And Its Applications, Vos. 1-3, JW,
1968-1971. —

15. Hair, J., Jr., et al., Multivariate Data Analysis with Readings, Fourth Edition, P-H,
1995.

16. Hogg, R., and Craig, A., Introduction to Mathematical Statistics, Fifth Edition, P-H,
1994.

17. Mittlehammer, R., Mathematical Statistics for Economists And Business,
Springer-Verlag, 1994.

18. Samuel, K., A First Course in Stochastic Processes, Second Edition, Academic
Press, 1975.

19. Wright, R-L.D., Understanding Statistics, Harcourt, Brace and Jovanovich, N.Y.,
1976.

الجبر
Akivis, M.A., An Introduction to Linear Algebra And Tensors, DP, 1977.‏ .20

21. Isascs, I.M., Algebra: A First Course, Brookes Cole, 1988.

22. Durbin, J.R., Modern Algebra: A Graduate Course, Third Edition, JW, 1992.

23. Fraleigh, J., A First Course in Abstract Algebra, Fifth Edition, AW, 1994.

24. Freidberg, S.H., et al., Linear Algebra, Third Edition, P-H, 1996.

25. Strang, G., Linear Algebra And Its Applications, Third Edition, Brookes Cole, 1998.

الهندسة
26.Connes, A., Noncommutative Geometry, Academic Press, 1994.‏
Kreyszig, E., Differential Geometry, DP, 1991.‏ .27
Millman, R.S., and Parker, G.D., Elements of Differential Geometry, P-H, 1977.‏ .28
Wylie, C.R, Jr., Foundations of Geometry, McGraw-Hill, 1964.‏ .29

iY

المعادلات التفاضلية
30.Coddington, E.A., An Introduction to Ordinary Differential Equations, DP, 1989.‏
Hurewitcz, W., Lectures on Ordinary Differential Equations, DP, 1990.‏ .31
Strass, W., Partial Differential Equations: An Intreduction, WI, 1992.‏ .32
Thoe, D.W., An introduction to Ordinary Differential Equations, DP, 1989.‏ .33

التحليل العددي
Atkinson, K.D., and Han, W., Elementary Numerical Analysis, Third Edition, WI,‏ ,34
.2003
Burden, R.L. and Faires, J.D., Numerical Analysis, Brookes Cole, 2000.‏ .35

نظرية الألعاب
Davis, M.D., Game Theory: A Nontechnical Introduction, DP. 1997.‏ .36
Kuhn, H.W., Classics in Game Theory, PUP, 1999.‏ .37
Osborne, M.J., A Course in Game Theory, MIT Press, 1994.‏ .38
الحسيان والتحليل

39. Apostol, T.M., Mathematical Analysis, Second Edition, AW, 1974.

40. Boyer, C.B., History of the Calculus And Its Conceptual Developments, DP, 1954.

41. Edwards, R.E., Functional Analysis: Theory And Applications, DP. 1995,

42. Freidman, A., Foundations of Modern Analysis, DP, 1982.

43. Robinson, A., Non-Standard Analysis, Revised Edition, PUP, 1996.

44. Rudin, W., Real And Complex Analysis. Third Edition, McGraw-Hill, 1986,

45.Weyl, H. et al., The Continuum: A Critical Examination of The Foundations of
Analysis, DP, 1994. ش‎

نظرية الرسوم
Diestel, R., Graph Theory, Second Edition, Springer-Verlag, 2000.‏ .46

47. Dolan, A., and Aldous, J., Networks And Algorithms, JW, 1994,

£i

أ.د. عبد المجيد نصير

48. Saaty, T.L., and Kainen, R.C., The Four-Color Problem, DP, 1986.
49. Trudeau, R.J., Introduction to Graph Theory, DP, 1994.

32d 1 22 plas
50. Cohn, H., Advanced Number Theory, DP, 1980.
51. Hardyt, G., and Writh, E.M., An Introduction to the Theory of Numbers, Fifth
Edition, Oxford Press, 1980.
52. Koblitz, N.J., A Course in Number Theory And Cryptography, Second Edition,
Springer-Verlag, 1994.

تدريس الرياضيات
*5. أبو زينة: فريد: أساليب تدريس الرياضياته مكتبة القلاح: الكويت De‏

5. بولياء؛ im‏ اليحث عن الحل ؛ ترجمة آحمد سعيدان: دار الحياة: ببروت VAN‏

البرمجة الخطية
Cook, W.J. et al., Combinational Optimum, WI, 1999,‏ .55
Luenberger, D.C., Linear And Nonlinear Programming, AW, 1984.‏ .56
Luenberger, D.C., introduction to Dynamic Systems, First Edition, WI, 1979.‏ .57
Neuhauser, G.L , Integral And Combinatorial Optimization, Wl, 1988.‏ .58
Rardin, R.L. Opitimization in Operational Research, P-H, 1997.‏ .59
Sherali, ILD., Nonlinear Programming: Theory And Applications, WI, 1992.‏ .60

الكسورات
Lesmeir-Gordon, Nigel et al., Introduction to Fractal Geometry, Totem Books,‏ ,61
.2000

62. Mandelbrot, B., Fractal Geometry of Nature, Freeman, 1982.

£o

الأمثلية
Fletcher, R., and Fletcher, R. Practical Methods of Optimization, Second Edition,‏ .63
JW, 2000.‏
Nocedal, J., and Wright, S.J., Numerical Optimization, Springer-Verlag, 1989.‏ .64
Sudaram, R.J., A First Course in Optimal Theory, CUP, 1996.‏ .65

علوم الحاسوب

66. Brassard, G. et al., Fundamentals of Algorithms, First Edition, P-H, 1995.

67. Church, A., Introduction to Mathematical Logic, PUP, 1996.

68. Graff, M.G., Secure Coding: Principles And Practices, O’Reily, 2003.

69. Hernadez, M.J., Database Design for Mere Mortals, Second Edition, AW, 2003.

70. Jackson, P.C., Introduction to Artificial Intelligence, Second Edition, P-H, 1985.

71. Martin, J., Computer Data-Base Organization, P-H, 1997.

72. Russel, S.J., Artificial Intelligence: A Modern Approach, P-H, 2002.

73. Trappe, W., and Washington, L.C., introduction to Cryptography with Coding
Theory, P-H, 2002.

74. Weiner, N., Human Use of Human Being: Cybernetics and Society, Avon Books,
1986.

£1

الفصل الثاني
العلوم الفيزيائية

أ. د. محمد باسل الطائی

العالومالف يزيائية
الأستاذ الدكتور محمد باسل الطائي

شهد القرن العشرون تطورا هائلاً في العلوم الفيزيائية بشكل
متسارع . فقد شهدت بداية القرن تحولات كبيرة على الصعيد
النظري المفاهيمي؛ حيث وأضعت نظرية النسبية الخاصة التي
جاءت بمفاهيم جديدة وقوانين جديدة لفهم AS A‏ وغيرت من
قوانين نيوتنء وكشفت عن علاقات جديدة بين الزمان والمكان
والكميات الفيزيائية» التي صارت تأخذ معناها الصحيح في فضاء
رباعي الأبعاد. كما جاءت نظرية الكم بمفاهيم جديدة وقوانين
جديدة» وحتى صيغ جديدة» للتعامل مع المادة والطاقة على
المستوى المجهر Microscopic d‏ - ثم جاءت نظرية النسبية العامة
لتقدّم مفهومًا جديدا لقوى الجاذبية» التي تحكم الكون بأسره.
فأصبح التوزيع المادي Ee‏ بتحدبات موضعية للزمكان. لقد
نقلت هذه النظريات المعرفة النظرية والتقنيات التي نستخدمها إلى
مستويات جديدة غير مسبوقة .

في نهاية القرن التاسع عشرء بدا كما لو أن نظرية الفيزياء قد

£4

اكتملت ؛ إذ أصبح بالإمكان تفسير أغلب الظواهر الطبيعية بالاعتماد على ثلاثة أعمدة
رئيسية» شكلت ما يسمى اليوم الفيزياء التقليدية أو الكلاسيكية Classical Physics‏ .
وهذه هي :

. قوانين نيوتن في الحركة» وقانونه في الجاذبية العامة‎ .١

LY‏ نظرية ماكسويل التي وحدت المجالين الكهربائي والمغناطيسي في إطار نظري
dol,‏ سمي النظرية الک اة ili EE EEE Theory‏

Y‏ النظرية الحركية للغازات» وقوانين الديناميكا الحرارية (أو التحريك الحراري)؛
المسئدة بقوانين الميكانيكا الإحصائية Statistical Mechanics‏ لبولتزمان Boltzmann‏
وغبز Gibbs‏ التي أمكن من خلالها تفسير كثير من الظواهر الحرارية الجاهريّة
P Macroscopic‏ ية.

لكن نظرية الفيزياء لم تكن قد اكتملت بعد فعلاً؛ إذ بقيت هنا وهناك بعض المسائل
النظرية والتجريبية التي كان الفيزيائيون يحاولون جاهدين لمعالحتها وتفسيرها . ومن
أهم هذه المسائل ae‏

. The ether problem مشكلة الأثير‎ .١

Y‏ . مشكلة انبعاث الطاقة الخرارية وامتصاصها.

. Photoelectic effect ظاهرة التأثير الكهرضو ئي‎ .Y

. Olbers' paradox مفارقة (أو نقيضة) أولبرز‎ . ٤

. A UI ه. الأطياف‎

شكّلت هذه المسائل جزءا مهما من أزمة الفيزياء النظرية» في أواخر القرن التاسع
عشر . فعمل كثير من الفيزيائيين جاهدين في سبيل إيجاد الحلول النظرية» ضمن إطار
نظريات الفيزياء الكلاسيكية؛ لكن UT‏ من تلك الحلول المقترحة لم يكن قادرا على
تقديم الصورة الكاملة .

في هذه الدراسة» سنقدم عرضًا لهذه المسائل. وستتبين كيف أفضت المعالجات

أ.د. محمد باسل الطائي

الصحيحة إلى ظهور حلول جديدة» شكلت ما يعرف اليوم بالفيزياء الحديثة Modern‏
Physics‏ .

مشكلة 455 The Ether Problem‏
قدّمت نظرية ماكسويل في الكهرمغناطيسية تصورا موجيًا للإشعاعات المتولدة عن
حركة الجسيمات المشحونة . وهذا التصور يقوم على تولد مجال Field‏ يتألف من
مستمر؛ وتغير أحدهما يولّد الآخر. وفي الوقت نفسه؛ يندفع (ينتشر) هذا التغير عبر
الفضاء بشكل موجي . والموجة هي اضطراب في الوسط . فحين نلقي حجرا في بركة
ele‏ ساكن » ad‏ أن ارتطام الحجر بسطح الماء يولد أمواجا دائرية تنبثق وتندتشر؛ ميتعدة
على شكل حلقات متمركزة حول موقع الارتطام . وما يحصل في الواقع أن الضغط
الذي يولده ارتطام الحجر بسطح eUl‏ يؤدي إلى تذبذبه» نزولاً وصعودا؛ ثم ينتقل هذا
التذبذب (بحكم ارتباط جزيئات الماء بعضها ببعض) Cal‏ في الوقت الذي يتضاءل
فيه اتساع الموجات كلما ابتعدت عن المركز . وهذا ما يحصل عند انتقال الصوت عبر
الهواء أو أي وسط آخر. فها هنا يولد المصدر ضغطًا Costas‏ في الوسط» لا يليث أن

ينتقل عبر الوسط ؛ Gy‏ عن المصدر في جميع الاتجاهات .

من هنا تصور الفيزيائيون ضرورة وجود وسط ناقل للضوء الذي يصل إلينا من
النجوم البعيدة. فهذا الضوء» بحسب نظرية ماكسويل» هو موجات كهرمغناطيسية
تتحرك بسرعة هائلة» مقدارها ٠٠٠٠٠١‏ كيلومتر في الثانية .

لكن ما هو هذا الوسط العجيب الذي يملأ الفضاء الكوني الهائل؟ وما هي صفاته؟
وهل ييكننا قياس حركة الأرض نسبة إليه ؛ أو تلمس حركته بالنسبة للأرض؟ ٠‏

ابتداء» عرف الفيزيائيون أن هذا الوسط الافتراضي لا بد أن يكون خفيمًا جدا؛ أي
ذاكثافة منخفضة جد . ذلك لأن مربع سرعة الموجة يتناسب عكسيا مع كثافة
الوسط . فضلاً عن ذلك» فإن معامل مرونة الوسط لا بد أن يكون عاليًاء كي تتحقق

ot

سرعة الموجة الكهرمغناطيسية الهائلة فيه . سمى هذا الوسط الغريب الأثير sBther‏
وعده الفيزيائيون ضروريًا لانتشار الموجات الكهرمغناطيسية» Le‏ فيها الضوء .

تجرية ميكلصن ومورا لي The Michelson-Morley Experiment‏

وسواء كان هذا الوسط متحركا بذاته أو ساكنّاء فلا بد أن للأرض سرعة نسبية معه.
لذلك. أجرى ألبرت ميكلصن وروبرت مورلي عام 1847 تجربة» كان الغرض منها
قياس سرعة حركة الأرض بالنسبة للأثير . اعتمدت التجربة على ميدأ تداخل الموجات
OLS 3| € Wave interference‏ من المعروف أن تراکب موجتين متماسكتين Coherent‏
(لهما الطول الموجي نفسه) يؤدي إلى إعدام إحداهما cus MI‏ أو تعضيد إحداهما
للأخرى . الأول pe‏ التداخل الهدام Destructive interference‏ ؟ Ul‏ الثانى فیسمی
التداخل البتاء Constructive interference‏ . وهذا يعنى أننا لو قسمنا حزمة ضوئية
إلى حزمتين ثم جمعنا هاتين الحزمتين» OP‏ تشكيلاً من النقاط المضيئة والمظلمة سيظهر
عند الملتقى Lat,‏ ما يسمى أهداب التداخل Interference fringes‏ وفى £- &
ميكلصن ومورلي» كان من المفروض ظهور هذه الأهداب كحلقات مظلمة متمركزة»
يعتمد شكلها وقياسها على فرق الطور «Phase difference‏ الذي سيتولد عن الحركة
النسبية بين الأرض والأثير.
بعض الانتقادات إلى التجربة ؛ الأمر الذي ساهم في تحسينها وإعادتها مرات ومرات.
لكن النتيجة جاءت هي نفسها: لا أهداب تداخل؛ وكأن ليس للأرض حركة نسبية مع
الأثير. قدمت تفسيرات عدة لهذه النتيجة السلبية للتجربة؛ لكن GI‏ منها لم يكن مقنعا
GL‏

Special Theory of Relativity نظرية النسبية الخاصة‎

لم يتوصل الفيزيائيون إلى الحل الشامل لمشكلة الأثير وما ARE‏ عنها؛ ولم يتمكنوا
من الحصول على التصور المتكامل » حتى جاء ألبرت آينشتاين بنظرية النسبية الخاصة

oy

آ. د. محمد باسل الطائي

عام 140 في بحث نشره في المجلة العلمية الألانية Annalen der Physik‏ ففي
هذا البحث الشهيرء أسس آينشتاين لنظرية تتعامل مع الكميات الفيزيائية في إطارها
المكاني والزماني معا؛ إذ إن الفيزياء الكلاسيكية تعاملت مع قوانين الفيزياء والكميات
التي تتضمنها باعتبار أن الزمان منفصل عن المكان. ومع أن نظرية ماكسويل
الكهرمغناطيسية أشارت ضما إلى تداخل الزمان مع المكان» إلا أن المفهوم الذي كان
سائدًا عند الفيزيائيين هو فصل الزمان عن المكان -

وجه آينشتاين انتباهه نحو الزمان والمكان. فهذان العاملان هما الأكثر أساسية في
فهم دينامية التغيرات والسيرورة الحركية . ولكي تكون معالجاتنا الفيزيائية النظرية للنظم
المنغيّرة في إطار مرجعي ذات عمومية وشمول. فلا بد من الربط بين الأطر المرجعية
Liles‏ بها مع ge ged‏ هذا الربط يتحقق بواسطة ما يعرف بقوانين
التحويلات Transformations‏ . وكانت الفيز ياء الكلاسيكية قد أحذت بتحويلات
غاليليو „I: Galilean transformations‏ تقرر أن الزمان والمكان منفصلان؛ لا
اعتماد لأحدهما على الآخر. etd)‏ قوانين Boyd‏ الأفركة على هله التحريللات
للربط ما بين المراقبين القصوريين Intertial observers‏ (أي المراقبين المتحركين t‏
ثابتة نسبة إلى بعضهم (Can‏ لكن قويغت Voigt‏ أثبت أن معادلات ماكسويل في
الكهرمغناطيسية لا تمتثل لتحويلات غاليليو؛ بل لتحويلات أخرى سميت فيما بعد
c ue‏ لورنتز Lorentz transformations‏ . وهذه الأخيرة تتضمن تواصل الزمان
والمكان معا في كينونة واحدة . لكن في العصر الحديث» قبل ألبرت آينشتاين» لم يقل
أحد بمفهوم تداخل الزمان والمكان؛ ولم يعمل على كشف عواقبه ومضاميته .

وجد آينشتاين أن معضلة الفيزياء الكلاسيكية في فهم > ege WLS‏ وحل
مشكلة الأثيرء يقتضى القول بتداخل الزمان والمكان معا في كينونة واحدة؛ هي ما
سماه (المتصل الزمكانى (Spacetime continuum‏ . لهذا السبب» أسهب آينشتاين في
بحثه السابق ذكره فى مناقشة مسألة التزامن Simultaneity‏ بين الحوادث الفيزيائية e‏ كما
يشاهدها راصدون مختلفون لهم أوضاع حركية مختلفة؛ واستنتج أن التزامن هو قضية
نسبية تعتمد على الحالة ا لحركية للراصد. كانت هذه هي الالتفاتة العظيمة لألبرت
آینشتاین ؛ وبها استطاع أن يسبر he‏ جديد! وفهمًا مبدعا لتحولات المادة والطاقة .

or

وجد آينشتاين أن من الضروري القول ببدأين أساسيين» هما:

.١‏ إن قوانين الفيزياء يجب أن peas‏ ؛ بحيث يكون كل منها ذا صيغة عامة واحدة
في جميع الأطر المرجعية المتحركة بسرع ثابتة (الأطر القصورية (Inertial frames‏ .
وقد سمي هذا مبدأ النسبية الخاصة .

”. إن سرعة الضوء في الفراغ هي ثابت كوني» Y‏ يعتمد على الحالة الحركية
للمراقب.

ولكي يتحقق المبدأ الأول» لا بد من تداخل الزمان والمكان الذي تفرضه تحويلات
لورنتزء التي وجدها آينشتاين هي الأصلح للتعبير عن علاقات الأطر المرجعية
القصورية بعضها مع بعضها الآخر . فلا بد من التعامل مع الكميات الفيزيائية المتجهة
(أي التي لها مقدار واتجاه كالسرعة pH Ny‏ والقوة) على أنها مؤلفة من أربع مركبات :
ثلاث مكانية» هى التى كان متعارقًا عليها فى LL Lee‏ الفيزياء الكلاسيكية؛ والرابعة
فركبة زمانية . cellis,‏ اخ pill Lal‏ بان Gob, Hdd‏ ثلاثة من أبعاده مكانية»
والرابع زماني . هذا البعد الرابع أعطى تأويلاً جديدا للكميات الفيزيائية . على سبيل
المثال» نجد أن الطاقة الكلية للجسم ليست إلا المركبة الرابعة للزخم .

أما المبدأ الثاني الذي اعتمده آينشتاين» فقد قدّم We‏ بديهيًا لمعضلة تجربة ميكلصن
ومورلي € إذ إن ثبات سرعة الضوء يعني أن نتيجة التجربة متوقعة .

Ul;‏ بخصوص ضرورة وجود الأثير كوسط BU‏ للموجة الكهرمغناطيسية» فقد
استدرك الفيزيائيون لاحقًا أن مثل هذا الوسط غير ضروري أساسا؛ io MOY‏
الكه رمغناطيسية هي بذاتها وسطء ولا تحتاج إلى وسط ناقل .

تطبيقات نظرية النسبية الخاصة

ذكرنا أن النسبية الخاصة عالجت العلاقات ار كية بين الأطر المرجغية القصورية؛ أي
تلك التي لا تخضع لأية قوة خارجية. لذلك» فإن نظرية النسبية قدمت الصيغ البديلة
لقوانين نيوتن في الحركة التي تعالج الحركات القصورية؛ فضلاً عن ما قدمته من مفاهيم
جديدة عن الزمان والمكان.

oí

أ.د. محمد باسل الطائي

وقد كان من المضامين الخطيرة التي كشفها آينشتاين أن ALS‏ الجسم تكافئ قدر! هائلاً
من الطاقة» تضبطه العلاقة :

الطاقة = الكتلة X‏ مربع سرعة الضوء .

كانت هذه العلاقة الخطيرة التي غيرت توازن القوى الاستراتيجي في العالم واحدة من
المضامين التي كشفت عنها النسبية الخاصة » حين اعتمدت فكرة تداخل الزمان والمكان.
ولعل هذه المعادلة هي الأكثر شهرة من بين معادلات نظرية النسبية الخاصة كافة .

كذلك» كشف آينشتاين أن تحويلات لورنتز تفضي إلى أن الزمان والمكان معا هما
نسبيان؛ يعتمدان على الحالة الحركية للمراقب . فلو أن شخصا كان جالسا في غرفة
يراقب حادثة تكرارية ذات معدل زمني ثابت» فإن شخصًا آخر يركب قاطرة يمر قرب
شباك الغرفة لن يجد المعدل الزمني الثابت نفسه؛ بل سيجده أطول مما يخبره به المراقب
السأكن . تسمى هذه الظاهرة تباطق الزمن Time dilation‏ . وقد أثارت هذه الظاهرة
مفارقة التوأمين Twin paradox‏ . وفيها قيل إذا كان تباطؤ الزمن صحيحاء فإن
توأمين يفترقان عن بعضهما بعضًا » أحدهما يبقى على الأرض فيما يسافر الآخر على
متن مركبة فضائية تسير بسرعة عالية Mer‏ سيجدان نفسيهما قد اختلفا كثيرا في العمر
حين يلتقيان مرة ثانية بعد انتهاء جولة التوأم الثاني. وسبب الاختلاف المتصور في
العمر هو أن التوأم الثاني قد خضع إلى حركة بسرعة عالية جعلت زمانه يتباطأ مقارنة
بالتوأم الذي بقي على الأرض . لكن هذه المفارقة غير واردة من أصلها لأن الحركة
A Agen‏ ففي الوقت الذي يرى فيه التوأم الأول أخاه يركب الفضاء متحركا بسرعة
عالية» فإن التوأم الثاني يرى أخاه الذي على الأرض متحركا (بالأرض وما عليها)
بسرعة عالية أيفمًا. لذلك» فلا صحة للقول بوجود مفارقة التوأمين في نظرية النسبية
ا لخاصة* . أما إذا تحدثنا عن تأثيرات تغيرات السرعة بالتباطؤ أو التسارع (بما في ذلك
تغيير اتجاه الحركة)» بحسب ما تقرره نظرية النسبية العامة» فهذا شيء آخر .

# معظم الفيزيائيين يرى Ol‏ هذه المفارقة احقيقية». وتفسيرها يكمن في عدم تمائل وضع التوأمين؟ ]3 إن
التوأم المسافر لا بد Of‏ يغيّر إطاره ا لمرجعي حين يغير إتجاهه للعودة إلى الأرض . (المحرر)

00

لاا مانن سس

كما أكدت نظرية النسبية الخاصة علاقة انكماش الأطوال «Length contraction‏
التي كان فيتزجرالد قد أثبتها من قبل اعتمادا على تحويلات لورنتز. وبموجب هذه
العلاقة» يرى الراصد المتحرك بسرعة عالية الأشياء الساكنة وقد انكمش طولها الذي
في اتجاه حركته . وهكذاء فإن أشكال الأجسام تتغير بحسب الحالة is‏ للراصد.
فما نراه أمامنا مريعًا قد يراه راصد آخر (متحرك بسرعة ثابتة نسبة إلينا) مستطيلاً .

كذلك» كان من نتائج نظرية النسبية الخاصة أن السرعة النسبية بين أي إطارين
ye pa‏ تخضع لعلاقة جديدة تختلف عن العلاقة | EE‏ الغاليلية). فلو
افترضنا أن عربة تسير على طريق بسرعة ٠١‏ كيلومتراً في الساعة واجهت عربة أخرى
تسير بعكس الاتجاه بسرعة 40 كيلومترًا في الساعة» فإن السرعة النسبية بينهما تكون
٠١‏ كيلومترا في الساعة؛ أي أن راكبي العربتين يرى كل منهما الآخر بسرعة ٠١١‏
كيلومترا في الساعة نسبة إليه . وبحسب هذا القانون» المسمى قانون جمع السرع
c Velocity addition‏ لو أن سرعة إحدى العربتين كانت ١ A‏ من سرعة الضوء
وسرعة الأخرى ه , ٠‏ من سرعة الضوءء فإن السرعة النسبية بينهما حسب العلاقة
الكلاسيكيّة تكون Y, Y‏ من سرعة الضوء . لكن» من القانون الجديد» تكون السرعة
النسبية بين الإطارين المرجعيين المتحركين ۹۲۸ , ٠‏ من سرعة | لضوء .

كما كان من نتائج نظرية النسبية الخاصة أن كتلة الجسم تعتمد على السرعة ؛ فتزداد
كلما ازدادت سرعة الجسم . وسبب ذلك أن النسبية الخاصة وحدت بين الطاقة
والكتلة . فالطاقة الحركية التي يمتلكها الجسم تظهر على شكل زيادة في الكتلة. هذه
الزيادة في الكتلة تؤدي إلى زيادة القوة اللازمة لتسريع الجسم إلى القدر المطلوب؛ ما
يتطلب أن تكون القوة الدافعة للجسم لانهائية كي يصل إلى سرعة الضوء. e‏
يقال إن جميع الأجسام التي لها JS‏ لا يكن أن تبلغ سرعة الضوء CGU‏ أبدا .

لا بد أن نؤكد في هذا العرض الموجز لنظرية النسبية الخاصة أن هذه النظرية قدمت
K pras‏ جديدا لمفهوم الزمان والمكان والطاقة والمادة. وفي الوقت نفسهء OB‏ حساباتها
أكثر دقة من الحسابات التي توفرها لنا قوانين نيوتن في الحركة . إلا أن أهمية هذه
النظرية من الناحية الحسابية تظهر في حالات السرعة العالية جدًا. قفي عالم الحياة

0

أ.د. محمد باسل الطائي
اليومية الذي نتعامل به مع سرعة سيارة أو طائرة أو حتى صاروخ» تكون السرع بطيئة
مقارنة بسرعة الضوء؛ ما يجعل نتائج حسابات النسبية الخاصة قريبة Lor‏ من حسابات
ميكانيكا نيوتن . لكن» في عالم الجسيمات الذرية المتحركة بسرع عالية Me‏
قوانين نظرية النسبية الخاصة ضرورية .

نظرية النسبية العامة Theory of General Relativity‏
عالجت نظرية النسبية الخاصة المنظومات المتحركة بسرع ثابتة؛ أي بغياب أية قوة
خارجية تؤثر في الحركة . وكان من الضروري بعد ذلك التفكير بتأثير الجاذبية في

الحركة . فالجاذبية تغمر الكون كله وتمسك بجميع أطرافه .

وجد أن نظرية النسبية الخاصة لا تتوافق مع قانون نيوتن في الجاذبية العامة للأسباب
الاتية :

à‏ إن النسبية الخاصة تتعامل مع الأطر المرجعية ذات السرع الثابتة؛ في حين تكون
الأطر pull‏ 3$ حركة حرة في مجال جاذبي متسارعة .

Y‏ إن قانون نيوتن في الجذب العام يخضع لتحويلات غاليليو, ولايخضع
لتحويلات لورنتز التي يفترض أن تكون الأكثر عمومية .

Action at a إن نظرية نيوتن في الجاذبية تقوم على مبدأ «الفعل عن بعد‎ E
وهذا يفترض أن الفعل الجاذبي يتتقل بسرعة لانهائية ؛ فيما تحدد نظرية‎ «distance
. كانت» بسرعة الضوء‎ Ol النسبية الخاصة سرعة انتقال التأثيرات»‎

لذلك» كان من الضروري تعميم نظرية النسبية الخاصة لتشمل الحركة في المجال
الجاذبي أيضا .

لفت نظر آينشتاين أن الحركة المتسارعة لأي إطار مرجعي تؤدي حال إلى ظهور قوة
تؤثر في الكتل داحل ذلك الإطار المرجعي » ويكون اتجاهها معاكسا LAY‏ التسارع .
ole y‏ الملاحظة نخبرها يوميًا. فحين نركب السيارة وتنطلق بنا على الطريق متسارعة»

ov

نشعر بقوة تدفعنا إلى الخلف ؛ ويتزايد اندفاعنا إلى الخلف كلما OLS‏ تسارع السيارة
أكبر .

كما لاحظ آينشتاين أن الأجسام التي في الأطر المرجعية الساقطة سقوطا حرا نحو
الأرض تفقد وزنها GE‏ وتتصرف الأشياء في داخل الأطر المرجعية الساقطة سقوطًا
حر كما لو كانت في فضاء خال من الجاذبية . فلو ركبنا مصعدا وتركناه يسقط سقوطا
حراء لوجدنا أنفسنا والأشياء من حولنا تتصرف وكأنها في فضاء خال من ال جاذبية ؛ أي

أنها تغدو acne‏ الوزن .

ميدأ التكافؤٌ Principle of Equivalence‏
هذه الملاحظة دعت آينشتاين إلى القول بتكافؤ المجال الجاذبي Locally Cad pa‏ مع
التسارع . وأفضى ذلك إلى وضعه ما سمي ميدأ التكافؤ» الذي يقرر أن المجال الجاذبي

; مع التسارع‎ Cad ya Lis,
دفعت هذه الفكرة آينشتاين إلى التفكير جديا بإعادة صياغة قانون الحركة في المجال‎
فما دام التسارع هو كمية تعتمد على‎ Geometrical الجاذبي على أساس هندسي‎
تغيّر المكان مرتين بالنسبة إلى الزمان» وما دام المجال الجاذبي يكافى التسارع (موضعيا‎
على الأقل)» فإن من الممكن صياغة قوانين الجاذبية بدلالة الزمان والمكان. لكن» إذا‎
كانت الحركة في الأطر القصورية تتطلب أن تكون قوانين الفيزياء لاتغيرية تحت تأثير‎
تحويلات لورنتز» فهل تخضع قوانين الحركة في الأطر اللاقصورية لهذه التحويلات‎
نفسها؟ أدرك آينشتاين أن الإجابة هي بالنفي قطعاء لأن تحويلات لورنتز قائمة أساسا‎
على افتراض الحركة بسرعة ثابتة للأطر المرجعية؛ في حين أن الحركة الحرة في المجال‎

الجاذبي متسارعة . وهذا ما دعى آينشتاين إلى القول بمبدأ آخر.

مبدأ النسبية العام Principle of Covariance‏
لغرض oul‏ حفظ قوانين الفيزياء في كل مكان وزمان» اقترح آينشتاين أن تكون

ممه

La.‏ محمد باسل الطائي
هذه القوائين لاتغيرية تحت التحويلات العامة للإحداثيات. وقد سمى هذا «مبداً
zi‏ العامء: i‏

متأثرا بالنظرية الكهرمغناطيسية لماكسويل» حاول آينشتاين وضع تصور مجالي
زمكاني للجاذبية . ونظراً OY‏ قوة الجاذبية تتصرف دائمًا باتجاه واحدء أي باتجاه
الجذب» وليس كالقوة الكهربائية أو المغناطيسية التي تتصرف بالاتجاهين: السحب
والدفع» فإن للمجال الجاذبي صفات تختلف عن المجالين الكهربائي والمغناطيسي .
أدرك آينشتاين هذه الحقيقة . LES,‏ لهذا السبب» نجد أن القوة الكهرمغناطيسية هي قوة
لاتغيرية تحت تأثير تحريلات لورنتز؛ لي EE a a‏
تحويلات أكثر عمومية .

بقي آينشتاين مدة تزيد على عشرة أعوام». ما بين also Yao‏ إيجاد
الصياغة المناسبة والإطار الرياضي الذي يكن أن يعمل فيه لغرض صياغة القوة الجاذبية
برموز الزمكان. ويبدو أنه اهتدى» cos Bgas‏ إلى أن الهندسة اللا أقليدية توفر
إمكانية مناسبة لمعالحة التغيرات اللاخطية المماثلة لتغيرات الجاذبية . وقد وجد ضالته في
هندسة ريمان t Riemannian geometry‏ فعمد إلى دراستها. واعتمادا عليهاء تمكن
من التوصل إلى الصياغة الزمكانية للمجال الجاذبي بمفردات هندسية الزمكان .

Vu,‏ من المتّجهات الرباعية التي كانت ضرورية للتعبير عن الكميات الفيزيائية في
نظرية النسبية الخاصة. برزت الحاجة إلى صياغة الكميات الفيزيائية بدلالة مفردات
جديدة تسمى الممتدات .Tensors‏ والممتدات بصورة عامة هي مضروبات المتجهات.
فإذا كان للمتجهات الرباعية أربع أرجل (مركبات) عرف بموجبهاء فإن الممتدات
تحتاج إلى أرجل كثيرة كي تعرف بصورة مضبوطة .

الهندسة اللاأقليدية Non-Euclidean Geometry‏
من خلال خخبرتنا اليومية c‏ كلنا نألف الهندسة الأقليدية «Euclidean geometry‏

التي وضع أسسها النظرية أقليدس Euclid‏ . فنحن معتادون على رسم المربع بأربعة

0۹

a a‏ سس
أضلاع» وأربع زوايا قائمة. ومعتادون على رسم المثلئات بثلاثة أضلاع » وثلاث زوايا
مجموعها ۱۸١‏ درجة . وعرفنا من خلال دراستنا لمبادئ الهندسة أن النسبة بين محيط
أي دائرة وقطرها هي كمية ثابتة (تسمى النسبة الشابتة) ويرمز لها To‏ ومقدارها
Y, VEYA‏ وهكذا . . . . هذه كلها مفاهيم ونتائج جاءت من معالجتنا للخطوط
والزوايا على سطوح مستوية Ll . Plane surfaces GU‏ لو حاولنا التفكير برسم مثلث
على سطح كرة co‏ فإننا لا يكن أن نرسمه بزوايا مجموعها ۱۸١‏ درجة؛ بل أكثر
بالضرورة. كذلك» لو رسمنا Ha‏ ة على سطح كرة Wea‏ فإن نسبة محيطها إلى قطرها
لن تكون النسبة الثابتة ET‏ بل أقل منها بالتأكيد . (لاحظ هنا Ul‏ حين نرسم الدائرة على
سطح الكرة» فإننا نلتزم بالتعريف العام للدائرة بأنها امحل الهندسي لجميع النقاط
المتساوية البعد عن المركز . لذلك» فإن نصف قطر هذه الدائرة هو خط منحن بين
مركزها ونقطة على محيطها. ونظرًا لأن الخط المنحني بالضرورة أطول من الخط
المستقيم» فإن النسبة بين طول ا محيط والقطر ستكون أقل من CT‏

cS]‏ فالتعامل مع السطوح المحدبة يقتضي بالضرورة ابتداع هندسات جديدة لا
يكون مجموع زوايا المخلث فيها ۱۸١‏ درجةء ولا تكون فيها نسبة محيط الدائرة إلى
قطرها النسبة الثابتة المعروفة . هذه الهندسات تسمى هندسات لا أقليدية .

واحدة من هذه الهندسات هي هندسة Riemann olej‏ التي تُعنى بالفضاءات
المحدبة بأي عدد من الأبعاد. وقد وجد آينشتاين أن هذه الهندسة هي الأفضل لوصف
المجال الجاذبي le jac‏ متغيرات الزمكان.

في الهندسة الأقليدية ذات البعدين ( (y x‏ » اعتدنا على القول إن مربع طول
الوتر 45 في المثلث القائم الزاوية يساوي مجموع مربعي الضلعين الآخرين :

(As)? = (Ax)? + (Ay).
تسمى هذه مبرهنة فيشاغورس . وهي في الأصل مبرهنة هندسية بابلية . ويمكن تعميم‎
: هذه المبرهنة من بعدين إلى 1 من الأبعاد كما يأتي‎
(As)? = (Ax)? ax! + (Ax) + (Ang)? + (Axe)? +

أ. د. محمد باسل الطائي

لكننا لو أردنا تعميم هذه المبرهنة إلى الفضاءات المحدبة» فإن مربع وتر المثلث
المرسوم على سطوح محدبة لن يساوي مجموع مربعات الأضلاع الأخرى؛ بل ستكون
هنالك معاملات أخرى إلى جانب مربعات الأضلاع .

كذلك؛ لو أقمنا عمودا على سطح مستو وحركناه على محيط مربع مرسوم على
ذلك السطح» فإنه سيعود إلى نقطة البداية وهو بالاتجاه نفسه الذي بدأ منه . gis‏
رسمنا مربعًا على سطح كرة WA‏ وحركناه بحيث يكون موازيا لنفسه» أي قائما على
dal‏ الذي يتحرك عليه دوماء فإنه سيعود هو الآخر إلى نقطة البداية ؛ لكن عندها
سيكون اتجاهه مختلفًا عن الاتجاه الذي بدأ به

هذا يعني بالضرورة أن الإزاحة في الفضاء المحدب ليست هي الإزاحة نفسها التي
نعرفها في الفضاء المسطح؛ بل تختلف عنها. ولا كانت الإزاحة هي تفاضلات بالنسبة
للمكان» والإزاحة الزمانية تفاضلات بالنسبة col QU‏ فإن صيغة التفاضل في الهندسة
المحدبة ( اللاأقليدية) تختلف عن تلك التي في الهندسة المستوية (الأقليدية). وبموجب
هذا cesis VI‏ يكن إيجاد مقدار تحدب السطوح والفضاءات .

يلاحظ أن الخط المستقيم في الهندسبة اللاأقليدية هو بمنظور الهندسة الأقليدية خط
منحن goed.‏ على سطع كرة هكن أناترسع a‏ مستفيماء e sell‏ الأقليدي
الصرف . لكننا مع ذلك يكن أن نثبت أن الخط المنحني الواصل بين نقطتين على السطح
المحدّب هو أقصر مسافة» وأن تحريك متجه عليه يحافظ على اتجاهه. وهذا بالضرورة

هو خط مستقيم ؛ لكن بالمفهوم اللاأقليدي .
الجاذبية والهندسة

بعد تأمل عميق في قوة الجاذبية الكونية وعّلاقتها بالتسارع» Gals‏ آينشتاين إلى أن
مسار الضوء في المجال الجاذبي ليس خطًا مستقيمًا a‏ بل إنه خط منحن بالضرورة؛
وكأن الكتلة المسببة للمجال الجاذبي تؤثر في الضوءء تسل نلك سينا ات
منحنية» مقتربًا من مركز الكتلة» كما في الشكل .)١(‏ وقد عالج آبنشتاين هذه ILM‏

VW

I‏ في إطار مفهوم نيوتن للجاذبية ومفهومه هو للضوء» الذي عبر عنه بنظريته في
الفوتونات واعتباره إياها جسيّمات ذوات كتل تساوي مقدار طاقتها مقسوما على سرعة
الضوء؛ أي أنه عالج العلاقة الجاذبية بين الفوتون والجسم الذي يجذبه كما في مفهوم
نيوتن . كانت هذه هي البداية في تعامل آينشتاين مع الجاذبية . ومنها وجد أن الضوء
الوارد إلينا من النجوم التي تقع خلف الشمس يجب أن ينحرف SS‏ بسبب جاذبية
الشمس . وقد نشر آينشتاين عمله هذا عام ۱۹١١‏ في ورقة بحثية معروفة. as‏ لما
كانت نظرية نيوتن في الجاذبية لا تتفق أساسا مع نظرية النسبية الخاصة» فقد كان لزاما
عليه تطوير هذه الفكرة إلى مداها الأوسع .

T‏ الموقع الاعكيادي للنجم
الأرض ل Wore‏
x st T lac calvic — 8‏

jdn الموقع‎

$r-
-
`.
A
~
~
5

الشكل )١(‏ : اتحراف مسار الضوء عند مروره قرب حافة الشمس.

Yas‏ من التعامل مع طرفي القضية ‏ وهما تكافؤ الطاقة مع الكتلة» والمجال الجاذبي
المتبادل بين هذه الكتلة AS)‏ الفوتون) وكتلة الجسم الذي يقع الفوتون في مجاله
الجاذبي - لجأ آينشتاين إلى التفكير بطريقة هندسية صرفة . ذلك أنه ركز على مسار
الفوتون نفسه في الزمكان المحيط بالكتلة المولدة للمجال الجاذبي ؛ هذا المسار الذي

جده منحنيًا بالضرورة» وكأن الكتل GES‏ حولها شبكة منحنية للزمكان» كما في
الشكل (Y)‏

V

أ. د . محمد باسل الطائي

الشكل (Y)‏ : مسارات الضوء المنحنية في المجال الجاذبي للكتلة.

تسمى مسارات co eed‏ في الفضاء الحدب معارج Geodesics‏ ويسمى مسار
الفوتون فيه pall‏ 71 الصفري Null geodesic‏ € حيث يتخذ الفوتون مسارا على خط
منحن » هو الآخر جزء من شبكة الزمكان التي تمثل الفضاء خارج الكتلة .

معادلات آينشتاين

ضمن هذا الإطار» توصل آينشتاين إلى صياغة المعادلات العامة للمجال الجاذبي
بدلالة الممندات وتحدب الفضاء . وبذلك» توصل إلى معادلة طرفها الأيسر هو
الزمكان of)‏ الهندسة)» وطرفها الأيمن هو المحتوى المادي لذلك الزمكان .

وبهذه المعادلات» يكن القول إن توحيد الزمكان والمادة قد تحقق» بعد أن كانت
النسبية الخاصة قد وحدت الزمان والمكان» والطاقة والمادة. ومن المعروف أن آينشتاين
حاول الاستمرار في منهج التوحيد هذا؛ فعمل على توحيد المجال الكهرمغناطيسي
والجاذبي ثم المجالات الأخرى» للوصول إلى نظرية مجال موحد يعبر عن جميع
القوى والمجالات الفيزيائية الممكنة في الكون. لكنهء بعد أكثر من ربع قرن من
العمل» لم p‏ 3$ إلى إيجاد الصيغة العامة التي lalea‏ نظرية المجال الموحد.

aT

سس

تطبيقات نظرية النسبية العامة

ez‏ معادلات آينشتاين في المجال العام صيغة أساسية وعمومية . وهي بإيجاز
مجموعة معادلات تفاضلية تقرر هيئة الزمكان الذي يحدده المحتوى المادي . لكن
هنالك معادلات أخرى لآينشتاين» تسمى معادلات المجال للفراغ Empty-space‏
Caf oud «field equations‏ هيئة الزمكان خارج مصادرالمجال الجاذبي .

كان من نتائج نظرية النسبية العامة أن حركة الضوء في المجالات الجاذبية تتخذ
مسارات منحنية تكون هي بذاتها هيئة شبكة الزمكان؛ ما يعني أن الضوء ينحرف عن
مساره بتأثير الكتل التي ير قريبًا منها. ومن الجدير بالذكر أن نظرية النسبية العامة
صححت الحسابات الأولية التي كان آينشتاين قد أجراها حول انحراف شعاع الضوء
المار قريبًا من حاقّة الشمس» اعتمادًا على تصور نيوتن للجاذبية . فوجد أن مقدار
الانحراف» بموجب حسابات النسبية العامة» يبلغ ضعمّي ذاك الذي كان آينشتاين نفسه
قد حسبه من قبل . وتأكدت تنبؤات النسبية بخصوص هذا الانحراف على يد بعثة
علمية قاست مقدار انحراف شعاع الضوء امار قرب حافة الشمس خلال كسوفها
الكلي عام 1414 . فجاءت النتائج قريبة جدا من توقعات آينشتاين المعدلة» s,‏
لنظرية النسبية العامة .

تباطؤ الزمن بتاثير المجال الجاذبي: كان من نتائج نظرية النسبية العامة الكشف
عن حقيقة تباطؤ الزمن قرب الكتل الكبيرة» مقارنة بالزمن في الأماكن ذات الجاذبية
الضعيفة؛ ما يعني أن هنالك تناقصًا في تردد شعاع الضوء (زيادة في طول الموجة)
المتبعث من سطوع النجوم ذوات الكتل الكبيرة.

تسمى هذه الظاهرة الانحياز الجاذبي الأحمر Gravitational redshift‏ . وهي تعني
حدوث انزياح في خطوط الطيف الكهّرمغناطيسي للنجوم إلى الجهة الحمراء من
الطيف . ومقدار هذا الانزياح بالنسبة للشمس صغير oe‏ جزء واحد من مليون
جزء. أما في النجوم الثقيلة» OU‏ مقداره يكون كبيرا .

نوسان حضيض عطارد: تدور الكواكب السيارة حول الشمس في مدارات

VE

أ.د. محمد باسل الطائي

إهليلجية «Elliptic‏ تقع الشمس في إحدى بؤرتيها. وتدعى أقرب نقطة من الشمس
على مدار الکو كب الحضيض (Perihelion‏ في حين تدعى tal‏ نقطة يبلغها الكوكب
في مداره الأوج Aphelion‏ . وقد لوحظء US pS ico ac sux,‏ عطاره لرفرة
طويل» أن حضيض الكو كب يدور حول الشمس ببطء كبير» كما في الشكل (T)‏

TE^‏ الفلكيون هذه الحركة إلى التأثيرات التجاذبية بين الكوكب والشمس وبقية
الكواكب . لذلك فإن مدار الكوكب نفسه لا يكون مستقرا تمامًا؛ بل يتحرك حركة
نواسية بحيث يتغير موقع حضيض المدار على مدى زمني طويل جدا. ونظرا oW‏
كوكب عطارد هو الأقرب إلى الشمس» فإنه يخضع لأقوى جاذبية منها ؛ ما يعني أن
الحركة النواسية للحضيض تظهر بوضوح أكثر من غيره من الكواكب .

ولم تكن هذه الحركة النواسية ساسا معروفة في الميكانيكا السماوية القائمة على
نظرية نيوتن في الجاذبية . لكن نظرية اللسبية العامة تمكنت من تقديم الحساب
الصحيح . ومن المعلوم أن مقدار الزحزحة النواسية هذه هو EY‏ ثانية قوسية في القرن!

انكماش الطول بتأثير المجال الجاذبي :لما كان الزمان والمكان متكاملين» بحيث
تكون الفترة الزمكانية ثابنة على الدوام» فإن تباطؤ (تمدد) الزمن يفضي بالضرورة إلى
انكماش الطول (المكان) . فالمسافة الزمكانية يجب أن تكون محفوظة على الدوام .
لذلك» Op‏ المسافة بين أي نقطتين في مجال جاذبي شديد تكون أقصر (مكانيا) من تلك
التي في مجال جاذبي ضعيف .

qô

الشكل (Y)‏ : توسان Ana‏ مدار عطارد.

موجات الجاذبية : تتنبأت نظرية النسبية العامة بصدور موجات جاذبية عن الكتل
المتحركة . وهذا GLE Le‏ صدور الإشعاعات الكهرمغناطيسية عن حركة الشحنات
الكهريائية. ومن الطبيعي أن تكون موجات الجاذبية مختلفة نوعيًا عن الموجات
الكهرمغناطيسية . لذلك»› فإن كشفها يستلزم مجسات خاصة:» هي غير المجسات التي
نكشف بها فوتونات الضوء العادي . وعلى الرغم من هذا التنبؤء فإن التجارب المكثفة
لم تكشف فعليًا عن وجود هذه الموجات حتى الآن .

إلى ماذا تؤول نظرية النسبية العامة؟

تؤول نتائج نظرية النسبية العامة في حالة المجالات الجاذبية الضعيفة إلى نتائج قريبة
جد من تلك التي تعطيها نظرية نيوتن في جاذبية . وبالصيغة الرياضية» نجد أن قوانين
نظرية النسبية العامة تؤول إلى قانون نيوتن في هذه الحالات .

أما قوانين الحركة في المجال الجاذبي e‏ فتؤول إلى القوانين التي تُمليها نظرية النسبية
الخاصة» حين يكون المجال الجاذبي ضعيفًا وسرعة الجسيمات فيه مقاربة لسرعة

VW

أ.د. محمد باسل الطائي
الضوء. لكن» إذا كانت سرعة الجسيمات صغيرة مقارنة بسرعة الضوءء OB‏ قوانين
الحركة في المجال الجاذبي تصبح Ue‏ لقوانين نيوتن نفسها. هذه «النهايات الحدية»
ضرورية للتكامل العلمي بين نظريات الفيزياء . وقد أصبحت اليوم شرطا أساسيًا
لنجاح أية نظرية جديدة .

حلول معادلات آيئنشتاين

هنالك نوعان من الحلول لمعادلات آينشتاين :

النوع الأول: الحلول الموضعية المصدر Localized- source solutions‏ .

وهي التي تصف المجال الجاذبي خارج توزيع كتلي معرف. كالمجال الجاذبي خارج
سطح نجم مثلاً. وأشهر هذه الحلول هو حل تشفارزتشيلد Schwarzschild‏
solution‏ الذي يمئل شبكة الزمكان كمعارج منحنية تلتف حول الكتلة التي تقع
المركز.

ومن الجدير بالذكر أن شدة المجال الجاذبي في أي نقطة خارج الكتلة تتناسب مع
مقدار تحدب الزمان» على وجه الختصوص» في تلك النقطة . ٠‏ وتتزايد شدة المجال
ا لجاذبي» ومن ثم انحناء الزمان» eee ae NM‏
أكبر ؛ حتى إذا وصلت هذه النسبة إلى قدر معين هو _. ع ره هي سرعة الضوء في الفراغ
و ثابت الجاذبية)» أصبح لمجال الجاذبي عند هذا السطح قويًا إلى درجة كبيرة Me‏
حتى إن الضوء لا يستطيع الإفلات منه. يسمى الجسم عندئذ C‏ أسود Black hole‏

وقد درج الفيزيائيون على القول إن وصول نسبة الكتلة إلى نصف القطر الحدي
المذكور يعنى أن الكتلة ستنهار إلى نقطة رياضية تسمى منفردة ¢Singularity‏ حيث
تكون كثافتها لانهائية . والحق أن هذا المفهوم SE‏ عن فكرة التكوير .

النوع الثاني : الحلول الكونية ‘Cosmological solutions‏

كان آينشتاين أول من بادر إلى تقديم حل كوني لمعادلاته؛ بافتراضه أن الكون هو

VW

توزيع متجانس , Homogeneous‏ ومتناسق Isotropic‏ للمادة e‏ الاتجاهات .
كما افترض» تمشيا مع الفكر السائد آنذاك؛ أن الكون بمجمله نظام سكوني . والواقع
أن حلول معادلاته لم تفض إلى صيغة مقنعة ذات مدلول مقبول . لذلك» عمد إلى
تعديل معادلاته بإضافة ثابت سماه الثابت الكوني Cosmological constant‏ . هذا
الثابت يعني وجود قوة تنافر بعيدة المدى بين المجرات . وبذلك سكن آينشتاين الكون.
لكنه في الواقع حصل على حالة قلقة؛ إذ إن أي اضطراب في هذا الكون سيجعله
يتمدد أو ينهار.

وكان ألكسندر فريدمان قد قام بحل معادلات آينشتاين الأصلية وحصل على كون
يتمدد . ودفع اكتشاف إدوين هابل لتمدد الكون إلى التمسك بحلول فريدمان» على
الرغم من وجود حلول أخرى مثل حل دي ستر cde Sitter‏ الذي يتضمن حالة التمدد
Cal‏ . والخلاصة أن الحل النظري الأمثل لبنية الكون لم يتحقق بعد . وهنالك الكثير
من المعضلات التي تثيرها التجارب والأرصاد.

4.145 الكم Quantum Theory‏
خلال العقود الخمسة الأخيرة من القرن التاسع عشر» نضجت دراسات الانبعاث
والامتصاص الحراري للمواد إلى درجة كبيرة؛ معتمدة على القوانين الأساسية
للديناميكا الحرارية» وعلى نظرية ماكسويل الكهرمغناطيسية» وإحصاء بولتزمان.
فهذه الفروع الثلاثة من المعرفة الفيزيائية شكلت منظومة متكاملة قادرة على فهم
الظواهر وا لخصائص الحرارية للمادة بحالاتها [التقليدية] الثلاث : الصّلبة والسائلة
والغازية . فقوانين الديناميكا الحرارية تشخص العلاقات فيما بين الخصائص الحرارية
الجاهرية» كدرجة الحرارة والضغط والحرارة النوعية والاعتلاج (الإنتروبيا) t Entropy‏
فى حين أن إحصاء بولتزمان أسس الجذور المجهرية لهذه الخصائص تآسيسًا عميقًا
يجعل بالإمكان فهم الخصائص الجاهرية في إطار دقيق من العلاقات المجهرية . وبقيت
النظرية الكهرمغناطيسية DU‏ نظريا مرشحا لتفسير انبعاث الموجات الحرارية (أي
الطاقة الحرارية) وامتصاصها من الأجسام» با في ذلك تفسير الخصائص الضوئية

VA

آ. د. محمد باسل الطائي
كاللون مثلاً . وهدفت هذه النظرية إلى تفسير النصائص الطيفية للمواد الساخنة. ولا
كانت النظرية معنية بالوصف الموجي للإشعاع بدلالة التردد وطول الموجة» فقد كان من
الضروري إيجاد العلاقات بين التردد ومقدار الطاقة المنبعثة» وبين التردد ودرجة
الحرارة. وانصب الاهتمام على دراسة الطيف المرئي وما يجاوره من ترددات عند
طرفيه في الجهة تحت الحمراء والجهة فوق البنفسجية . وكان كرشهرف Kirchhoff‏ قد
اكتشف قوانين الانبعاث الحراري للمواد» وبين أن هنالك ثلاثة أنواع من أطياف
الأشعة هي :

١.الطيف‏ المستمر Continuous spectrum‏ : ويحتوي على جميع الترددات
الممكنة ؛ ممتدة من النطاق تحت الأحمر وحتى النطاق فوق البنفسجى وما بعده بشكل
Joa‏ رها للك palis‏ عد سكين المواد ال aal, fol pall of‏ ال تكن
تحت ضغط عال.

۲ . طیف الانبعاث Emission spectrum‏ ويحتوي على خطوط لونية براقة تظهر
في مواقع معينة على سلم الطيف . وهذا النوع يظهر عند تسخين الغازات التي تكون

LY‏ طيف الامتصاص Absorption spectrum‏ : عند وضع بخار مادة في طريق
الطيف المستمر» تقوم المادة المعترضة بامتصاص الإشعاعات التي تناسب خصائصها
الذرية والججزيئبّة» وتترك بقية الإشعاعات قر من دون تأثير QU.‏ يظهر الطيف
المستمر في هذه الحالة مشوبًا بخطوط داكنة في مواضع معينة من الطيف ؛ وهي بالضبط
مواقع الترددات التي امتصتها المادة المحتمة. ويدعى كل من:طيفي الانبعاث
والامتصاص Cal‏ الطيف Line spectrum „etl‏ .

لقد كان لتطور تقنية التحليل الطيفي في نهاية القرن التاسع عشر فوائد عظيمة في
تحليل المركبات الكيميائية والكشف عن خصائصها. وتمكن الفيزيائيون من وضع أدلة
تحتوي على عدد هائل من أطياف ال مواد المختلفة» مكنتهم من تمييز التركيب الكيميائي
للمواد؛ إذ كانت هذه الأدلة تحتوي على ما يمثل «بصمة» العنصر المعني .

M

إشعاع الجسم الأسود Blackbody Radiation‏

إلى جانب هذه التصنيفات» برهن كرشهوف عام ۱۸١۹‏ أن الطاقة المنبعثة من جسم
ساخن تعتمد على درجة حرارته وتردد الضوء المنبعث منه فقط . وتساءل كرشهوف
عن نوعية NI‏ تربط بين كمية الطاقة الإشعاعية ودرجة الحرارة والتردد
المتبعث . كما استنت ستيفان عام o VAVA‏ من خلال أعماله التجريبية» أن الطاقة الكلية
المنبعثة من جسم ساخن تتناسب مع القوة الرابعة لدرجة حرارته . وأثبت ذلك بولتزمان
هو الآخرء اعتمادًا على قوانين الديناميكا الحرارية ونظرية ماكسويل الكهرمغناطيسية .
وفي عام ١1۸۹ء‏ اقترح فين Wien‏ لتساؤل كرشهوف عن العلاقة بين كمية الطاقة
ودرجة الحرارة والتردد . كما اقترح كل من جينز ورايلي علاقة أخرى جحت في
تفسير انبعاث الطاقة للترددات المتخفضة فقط . وهكذاء كان على الفيزيائيين تفسير هذه
المعضلة التي عرفت باسم مشكلة الجسم الأسود . '

فرضية يلانك : في عام »11٠١‏ اقترح ماكس بلانك علاقة جديدة تقوم على
تصور يخالف نظرية ماكسويل الكهرمغناطيسية . هذا التصور يرى أن انبعاث الطاقة
وامتصاصها يحدث على شكل رزم محددة تتناسب قيمتها مع التردد. وقد صاغ هذا
بمو جب العلاقة المشهورة بين E BUN‏ والتردد ۷:

E= hv.

وبذلك oe‏ معضلة امتصاص الطاقة وانبعاثها بتصور جديد يقوم على مبدأ
الانفصال s Discreteness‏ مخالقًا المبدأ الذي تقوم عليه نظرية ماكسويل» وهو مبدأ
الاتصال Continuity‏ .

كان عمل پلانك هذا إيذانًا بفتح جديد في ميدان المعرفة الفيزيائية . وهذا ما سمي
> نظرية الكم Quantum Theory‏ . وتكريًا لعمله هذا حصل پلانك على جائزة
نوبل في الفيزياء لعام ۱۹۱۸ .

ظاهرة التأثير الكهرّضوئي Photoelectric effect‏ : استثمر آینشتاین تصور
پلانك الكمومى للطاقة في تفسير التأثير الكهرضوئي . في هذه الظاهرة» تنبعث

أ. د. محمد باسل الطائي

الإلكترونات من سطوح بعض المواد ذات المواصفات الخاصة e‏ كالسيزيوم» عند تسليط
ضوء عليها. هذه الخاصية لم تكن مفهومة قبلاً؛ إذ ظهر أن طاقة الإلكترونات المنبعثة
لاتعتمد على شدة الضوء المسلط» بل على تردده. وهذه حالة غريبة على التصور
الكهرمغناطيسي للإشعاع؛ إذ إن النظرية الكهرمغناطيسية تقرر أن سرعة انطلاق
الإلكترونات من السطح الحساس يجب أن تتناسب طرديا مع شدة الضوء المسلط»
وليس مع تردده . لكن توافر التصور البلانكي الجديد أتاح الفرصة أمام آينشتاين لتفسير
هذه الظاهرة باعتبار الضوء مؤلفًا من كمات منفصلة» لكل منها طاقة تعتمد على تردده
مباشرة» سميت الفوتونات $Photons‏ وكل منها مسؤول عن إخراج إلكترون واحد
من سطح المادة الحساسة. وبذلك» فهم الفيزيائيون BU‏ لا تعتمد سرعة الإلكترونات
المنبعثة على شدة الضوء (عدد الفوتونات)؛ فإن انتزاع الإلكترون يتطلب حدا أدنى من
الطاقة التي يمتلكها فوتون بتردد معين. وتكرمًا لهذا العمل (وليس لنظرية النسبية)»
حصل ألبرت آينشتاين على جائزة نوبل لعام ۱۹۲۱ .

التحليلات الطيفية: بقيت مسألة فهم bu MI‏ الطيفية المختلفة معضلة أمام
الفيزيائيين النظريين. وخلال العقدين الأخيرين من القرن التاسع عشر جرت دراسات
تجريبية موسعة على الأطياف المختلفة col poll‏ أوصلت علم التحليل الطيفي إلى مراق
عالية. لكن الأسس النظرية لانبعاث هذه الأطياف بقيت مجهولة .

وتحديدا» كان السويدي Balmer Ab‏ قد اكتشف عام ۱۸۸١‏ أربعة خطوط طيفية
منبعثة من غاز الهيدروجين المخلخل» رمز إليها با حروف Ha‏ و «Has Hys Hg‏ ذات
أطوال موجية ENE EASY SO, Y‏ و۲ ,£15 مايكرومترء على التوالي.
ودعيت هذه الخطوط سلسلة Balmer series AG‏ . ثم وضع بالمر قانونًا وضعيا لهذه
الأطياف UY‏ أعداد صحيحة تحدد الطول الموجي المنبعث من مصدر ساخن :

2

n

Aa

4 - 12
حيث تأحذ 2 القيم £,Y‏ وه و3» على التوالي .

¥4

سلسلة بالمر هذه هي واحدة من سلاسل طيفية عدة اكتشفت cm M‏ وهي : سلسلة
ليمان 17 ؛ وسلسلة ياشن t Paschen‏ وسلسلة يفوند ¢Pfund‏ وسلسلة براكت
Brackett‏ . وشكل تفسير السلاسل الطيفية هذه Gad‏ كبيرا للفيزيائيين النظريين .
e‏ ظهرت الحاجة إلى دراسة البنية الذرية بصورة أعمق .

البنية الذرية : كان التصور السائد نهاية القرن التاسع عشر أن الذرة مؤلفة من كرة
موجبة الشحنة» تنغرز فيها جسيمات سالبة الشحنة هي الإلكترونات . وسمي هذا
نموذج Thomson model 3 gaes‏ . ومن خلال دراسة التفاعلات الكيميائية للغازات 2
قدّر قطر كرة الذرة (أي قطر المادة ا موجبة) بمقدار ٠١‏ * سم . فقام عدد من الفيزيائيين
بإجراء تجارب للكشف عن حجم هذا الجزء الموجب . واعتمدت هذه التجارب على
فكرة تسليط حزمة من دقائق موجبة الشحنة» تسمى جسيمات DI‏ (مؤلفة من
بروتونين ونیوترونین)» على صفيحة رقيقة جذامن الذهب؛ ومن ثم ملاحظة كيفية
استطارة هذه الحزمة عن الصفيحة .

تكللت نتائج هذه التجارب التي قادها الفيزيائي البريطاني (النيوزيلندي
ay gle poll‏ إرنست رذرفورد» بالنجاح. وأظهرت إحدى النتائج أن قطر المادة
الموجبة من الذرّة هو بحدود T ٠١‏ سم؛ أي LEV ٠٠٠٠١ /١‏ كان متوقعا.

هنا برز التساؤل : أين تكون الإلكترونات؟ افترض رذرفورد أن الإلكترونات تسبح
حول المادة الموجبة في أفلاك دائرية» كما تسبح الكواكب حول الشمس . لكن هذا
النظام الكوكبي سرعان ما واجه عقبة كأداء؛ OV Ti‏ دوران الإلكترونات في هذه
الأفلاك يكسبها تسارعًا. وهذا التسارع يؤدي إلى فقدان الإلكترونات لطاقتها الكامنة
عن طريق الإشعاع؛ فتنهار أفلاكها صوب النواة. لذلك. لم يتقبّل هذا النموذج في
أوساط الفيزيائيين.

تموذج بور Bohr Model‏
لاحظ الفيزيائي الدنماركي نيلز بور أن طبيعة الطيف الكهرمغناطيسي المنبعث

vY

أ. د. محمد ياسل الطائى

والممتص من الذرات (الطيف الخطي) يشير إلى وجود تكمية Quantization‏ لطاقة
الذرة. لذلك» افترض بور أن الإلكترونات تدور حول نواة الذرة في مدارات دائريةء
ly‏ هذه المدارات معرفة بشكل يجعل الزخم الزاوي للإلكترون في كل مدار يتخذ قيمًا
محددة» هي مضاعفات صحيحة لثابت يلانك . سمي هذا المبدأ فيما بعد مدأ بور
زمرفلد للتكمية .Bohr-Sommerfeld quantization rule‏ , فعلاً osi‏ بورء بموجب
هذا المبدأ المهم جداء من حساب طاقة الإلكترون في المدارات المختلفة ؛ ومن ثم تفسير
الطاقة المنبعثة عن الذرة. فحين ينتقل الإلكترون من مستويات (مدارات) عليا (تدعى
مستويات مستثارة (Excited states‏ إلى مستويات دنياء فإنه يفقد طاقة تظهر على
شكل فوتون. أما حين تمتص الذرة طاقة معينة» OP‏ الإلكترون ينشقل من مستوى
منخفض إلى آخر أعلى OY Di s.‏ مدارات الإلكترونات تقع في مواضع محددة حول
النواة» OB‏ الذرة تمتص الضوء وتبعثه على شكل GOS‏ وقد استنبطت معادلة لحساب
الطول الموجي .7 المنبعث عن ذرة الهيدروجين بناء على تموذج بور» هي :

1 1 م 2x2 em‏ 1
ch? E a‏ 1 2
حيث © شحنة الإلكترونء وط ثابت يلانك 6 و7 AS‏ الإلكترون » وء سرعة
الضوء . وتمثل om‏ هذه الصيغة رقم المستوى الذي ينتقل إليه الإلكترون » و »رقم
المستوى الذي ينتقل منه الإلكترون.
جاءت هذه الصيغة تفسيرا Cale‏ لجميع سلاسل الطيف الذري . فإذا وضعنا 1 nz‏
في المعادلة أعلاه» حصلنا على سلسلة ليمان € وإذا وضعنا 2 = en‏ حصلنا على سلسلة
REA dS iy sesh tele jlo ass cii ber bly + Ab‏
سلسلة يفوند؛ وإذا كانت 5 = cm‏ حصلا على سلسلة براكت . يسمى 1 العدد
الكمو مي الر | Principal quantum number‏ . وهو عدد صحيح يحدد مستويات
الطاقة الرئيسية في الذرةء ويأخذ القيم Y a Y y ١‏ ... .

YY

جاءت الصيغة التي وجدها بور مطابقة US‏ الطاقة المنبعثة والممتصة من الذرة
sal‏ تجريبيًا في حالة ذرة الهيدروجين؛ ؛ وهنا ما أععطى Gea‏ قوي لتصور بور.

( (x)

الحالة المستثارة | الحالة الأرضية

الشكل )£( : الذرة في أحوال مختلفة.

iY‏ لوحظ أن لمستويات الطاقة الرئيسية مستويات قرعية ؛ إذ إن خطوط الطيف
النبعث من ذرات الغاز الموجود في مجال مغناطيسي تنشطر إلى مستويات متعددة.
ووجد أن عدد هذه المستويات يكون n? ile‏ . كما وجد لاحم أن هذا الانشطار متسبب

عن العزم الزاوي للإلكترون في أثناء دورانه حول النواة. ولأن الإلكترون هو جسيم
مشحون» فإنه یولد بدورانه عزمًا مغناطيسيا . لذلك» عيّن عدد كمومي للدلالة على
العزم الزاوي للإلكترون ya‏ ويأخذ القيم DRG) ye‏
انشطار مستويات الطاقة الذرية هذا تحت تأثير المجال المغناطيسي تأثير Zeeman ole;‏
effect‏ . وخخصص عدد كمومي مغناطيسي هو CM‏ ويأخذ القيم من- ١‏ إلى ٠١+‏ بزيادة
واحد لكل مستوی فرعي . وكشف فيما بعد أن المستوى الأدنى للذرةء الممثل بالقيمة D‏
1 - الذي له 0 -/ و 0 جد ينشطر هو الآخر إلى مستويين ثانويين تحت تأثير المجال
المغناطيسي الشديد . وقد حيرت هذه الظاهرة الفيزيائيين ؛ لأنه لم يكن معلومًا لديهم
أبة طاقة أخرى تحتويها مستويات الإلكترونات في الذرة غير التي عرفوها . لكنهم

Vi

أ.د. محمد باسل الطائي

انتبهوا بعد ذلك إلى حقيقة أن الإلكترون هو شحنة؛ وإذا كان الإلكترون ليدور حول
نفسه» فإنه سيمتلك بالضرورة عزما CIS‏ رما يؤدي إلى ظهور هذه المستويات
الفّرعية في الحالة الدنيا. وعلى هذا الأساس. افترض فولفغانغ ياولي Pauli‏ وجود
Spin e;‏ للإلكترون رمز إليه بالحرف 5. وبناء على ذلك فلا بد من وجود عدد
كمومي مغناطيسي يدل على وجود هذا البرم . ونظرا لتشابه صفات العزم البرمي هذا
مع العزم المغناطيسي المداري » yanas‏ العدد الكمي ms‏ للتعبير عنه . ويا أن المستويات
الفرعية تنشطر إلى مستويين ثانويين Caii‏ فإن و" يأخذ إحدى قيمتين لا ثالث
١‏

لهماء هما:+ ل 3 a‏ سميت هذه الظاهرة ا 5 ou‏ الشاذ Anomalous‏

. Zeeman effect

حيود الإلكترونات Electron Diffraction‏
خلال العشرينيات من القرن الماضي» أجريت تجارب عدة على الإلكترونات عند
مرورها خلال الشقوق الضيقة جد . مثل هذه الشقوق توجد بين المستويات البلورية
Crystal planes‏ . فوجد أن الإلكترونات تتصرف مثل الضوء عند مروره خلال
الشقوق الضيقة» فيما يعرف بظاهرة الحيود؛ حيث تنشأ على اللوح الذي تسقط عليه
الحزمة الخارجية من الشق الضيق حزم مضيئة وأخرى معتمة في نسق يسمى نسق الحيود
Diffraction pattern‏ . وقد وجد لظاهرة حيود الإلكترونات هذه تطبيقات مفيدة فى
الكشف عن أبعاد البلورات ومعرفة هندستهاء ومن ثم معرفة خصائصها الدقيقة. ١‏
لذلك» اقترح الفيزيائي الفرنسي لوي دي برولي de Broglie‏ عام VAYE‏ تصورا
ey‏ للإلكترون (وسائر MOLL‏ يكون بموجبه للجسيم موجة مرافقة تمثله في
حالة مروره بين الشقوق» وتؤدي إلى حدوث ظاهرة الحيود» التي ما كانت لتكون لو

| : صرفًا. وقد توصل دي برولي إلى علاقته الشهيرة‎ Goals

5

م85

Yo

١‏ اا اي

حيث A‏ هو الطول الموجي المعبّر عن الجسيم الذي ييتلك زخمًا قدره h gep‏ ثابت

إن لهذه العلاقة مضموئًا عميقًا . فهي تفسر مبدأ بور زمرفلد بأن مدار الإلكترون
حول النواة (على افتراض أنه دائري) يحتوي على عدد صحيح من الأطوال الموجية.
لذلك» فإن المدارات تتخذ مسارات دائرية هى أعداد صحيحة من الأطوال الموجية ۸.
وهنا يجب الإشارة إلى أن موجات دي برولي ليست موجات كه رمغناطيسية ؛ بل هي
موجات من نوع جديد يسمى موجات الادة l . Matter wives‏

Uncertainty Principle اللاتحديد‎ face

من جهة ثانية» كشف iu‏ هایزنبرغ عام 1974 أنه لا يكن قياس موقع جسيم
وزخمه في أن ee‏ بدقة لامتناهية وين هينب ن مضروب مقدار لدي في
ا م OIE e‏ أن يكون مساويًا Cul‏
يلانك على (Ap Ax = h) BY!‏ وهذا يعني أنه لا يكن أن s,‏ اللاتحديد في قياس
e‏ لا . سمي هذا مبدأ اللاتحديد ned‏ نب . وقد
وجد أن هذه UA‏ هي جزء من منظومة أوسع من العلاقات تشتمل على ما يسمى
Sall‏ ات المتكاملة Complementary operators‏ . وهي (إضافة إلى الزخم
والموقع) : الطاقة والزمن» والزخم الزاوي والموقع الزاوي» . . . إلخ 0
هذا يقضي Ob‏ طاقة أي جسم مهما صغرت لن تصبح صفرا . وهذا يعني بالضرورة أنه
لا يوجد جسيم ساكن سكونًا Callas‏ في الكون . ولبدأ اللاتحديد مضامين عميقة رعا

لايزال بعضها غير معروف. . وقد استطاعت ميكانيكا الت Martix Mechanics‏
لهايزنبرغ تأصيل الأساس النظري لهذه العلاقات في Le thee‏ بض el yall‏ التبادلة

.Commutation rules

معادلة شرودنغر Schrédinger's Equation‏
إزاء هذه الصورة وهذه الكشوفات الجديدة» برزت الحاجة إلى نظرية في الحركة

yq

أ.د. محمد باسل الطائي

الكمومية. فوضع إيرثن شرودنغر عام ١974‏ معادلة الحركة للجسيمات
اللانسبوية . وجاء التعبير في هذه المعادلة عن الجسيم بدلالة ما يسمى دالة الموجة Wave‏
function‏ عند هذه المرحلة» انتقلت ميكانيكا الكم من التفكير (المجسد؛ إلى التفكير
«المجرد» . فدالة الموجة هذه هي كمية مركبة (Complex isas)‏ بصورة عامة؛ ولا
معنى لها بذاتها. فهي تعبر عن اتساع موجة دي برولي التي تمثل الجسيم ؛ علما ob‏
الموجة هي عبارة عن تركيب عدد لانهائي من الموجات . وقد فر مريع دالة الموجة على
أنه BUS Je‏ احتمالية وجود الجسيم في موقع معين . وقد تمكنت معادلة شرودنغر من
تقديم صورة مبسطة عن حالة الجسيمات في العالم المجهري؛ خاصة تصرف ذرة
الهيدروجين» وإلى حد ما ذرة الهيليوم.

بموجب التفسير الاحتمالي لدالة الموجة» أصبحت مواقع الجسيمات وزخومها
وطاقاتها المجهرية متوسطات لعدد كبير (ربما لانهائي) من القيم . لذلك » أصبح التعبير
عنها بدلالة القيم المتوقعة Yu, «Expectation values‏ من القيم اللحتمية . وهكذاء
أصبحت صورة الذرة مشوشة إلى حد كبيرء خاصة فى الطاقات الدنيا. فصارت
stay SINT ol lal‏ اة حول نواة الذرة» انظر الشكل )0( comely.‏
قوانين الطبيعة احتمالية» بدلا من كونها حتمية حسب التصور الكلاسيكي . فحل
الوصف الاحتمالي Probabilistic description‏ محل ميدأ الحتمية Determinism‏ .

الحالة المستثارة الحالة الأرضية

الشكل (0): الذرة بعد شرودنغر وهايزنبرغ.

VV

معادلة الكم النسبود 43 Relativistic Quantum Equation‏
نظرًا لوجود جسيمات تتحرك بسرعة عالية جداء ولأن معادلة شرودنغر عالجت
الجسيمات اللانسبوية فقطء eU‏ يول إدريان ديراك Dirac‏ عام VAYA‏ بوضع معادلة
للحركة النسبوية للإلكترون؛ وذلك باعتماد معادلة آينشتاين للطاقة الكلية» بدلاً من
الصيغة التقليدية المشتقة من قوانين نيوتن . وقد كشفت معادلة ديراك بشكل رائع عن

مضمونين :
الأول: أن بَرم الإلكترون هو صفة كمومية خالصة؛ OY‏ نموذج الشحنة التي تدور
حول نفسها لا يفي الغرض .

والثاني : : وجود ضديدات الجسيّمات Antiparicles‏ . فقد تنبا ديراك بوجود جسیم
ذات كتلة مساوية لكتلة الإلكترون» لكن بشحنة موجبة . هذ الجسيم سمي فيما بعد
البوزيترون Positron‏ . وجاء اكتشاف بول أندرسن لهذا الجسيم ف في المختبر عام ٠۹۳۲‏
Lee‏ قويًا لنظرية ديراك. وحصل ديراك إثر ذلك على جائزة نوبل في الفيزياء
بجدارة . قدمت نظرية ديراك تصورات جديدة فيما يتعلق بمفهوم العدم [أو الخلاء]
Yung. Vacuum‏ من أن يكون العدم هو اللاشيء» صار بحرا من الجسيمات ذوات
طاقة سالبة. وأصبح ظهور البوزيترون يعني ترك مقعد شاغر في بحر الطاقة السالبة.
وبذلك مَهّد لنظرية أكثر اتساعًا وشمولا؛ تلك هي نظرية المجال الكمومي

نظرية المجال الكمومي Quantum Field Theory‏
قدمت المبادئ الأولى التي وضعها بلانك وبور وشرودنغر وهايزنبرغ وديراك
تصوّرات هي أشبه بجزر متناثرة في محيط الفيزياء الواسع . فالكمات التي عبرت عنها
نظرية پلانك. والتكمية التي اقترحها بور» ومعادلة الموجة التي قدمها شرودنغرء ثم
معادلة الحركة الكمومية النسبوية التي طرحها ديراك» وعلاقات هايز نبرغ في مبدأ
اللا تحديد؛ كلها كان لا بد من جمعها تحت خيمة نظرية واحدة. هذه النظرية (التي
ضمت نظرية النسبية إلى ميكانيكا الكم) تفترض أساسًا وجود مجال متصل يعبر عنه
بدلالة تراكب موجي اتصالي» تحكمه العلاقات التبادلية بين المؤثرات «Operators‏

VA

أ. د. محمد باسل الطائي

التي تمثل اتساعات Amplitudes‏ تلك الموجات المتراكبة (عبر Fourier 4, ) 53 dS Sis‏
ex-(pansion‏ . فهذه العلاقات التبادلية هي التي تفرض الكمومية c‏ بحكم اتصالها Taye‏
Sel tox‏

وهكذا تظهر الكمات في نظرية المجال الكمومي» وكأنها نتاج عرضي لتداخلات
Sle Modes bt!‏ الاتصالي الأصلي . 1

هذا التصور بمجمله احتوى «اللامتناهى» فى وصف ما هو متناه. فقد ظهرت
«تباعدات» (لانهائيات) Divergences‏ عند اف الكميات الفيزيائية . وكانت هذه
هي المعضلة الأساسية التي واجهتها نظرية المجال الكمومي . وتسمى هذه مشكلة
التباعدات ley‏ الرغم من وجود «وصفات» عدة لمعالجتهاء LEP‏ مشكلة مزمنة ما
زالت قائمة في هذه النظرية . l‏

اعتمدت الحسابات التطبيقية لنظرية الكم ونظرية المجال الكمومي GRY‏ طرق
Approximation methods os áJ‏ . 3 بالأخحص » كان لنظرية المجال الكمومى
ونظرية الكروموديناميكا الكمومية «Quantum Chromodynamics‏ التى تتناول القو È‏
النووية الشديدة «Strong‏ نتائج جاءت قريبة من تلك المستتخلصة من التجارب .

وعمومًا » يمكن القول OL‏ فهم البنية الذرية والجزيئية للمادة بدقة مكن الكيمياء من
تحقيق تطور كبير في تصنيع طيف واسع من المركبات الكيميائية المفيدة. كما مكن
الفيزياء من حساب طاقات الذرات المختلفة وخخمصائص المركبات البلورية ؛ ما أدى إلى
تطوير تقنيات جديدة فى التحليل by‏ المعالجة» مثل تقنيات الليزر المتعددة الأغراض »
وتقنية التحليل الطيفي» وتقنيات المواد شبه الموصلة .

الفيزياء النووية

شهد النصف الأول من القرن العشرين تطورا هائلاً فى الفيزياء النووية . وكانت
فاتحة هذا التطور اكتشاف تشادويك Chadwick‏ للنيوترون عام ۱۹۳۲ . وكان هارولد
كليتون يوري Urey‏ في عام 191١‏ قد اكتشف نظير عنصر الهيدروجين المسمى
الديوتيريوم Deuterium‏ وتمكن من توليد الاء الثقيل منه بعد أكسدته . وتحتوي نواة

vA

ل سس سس س
الديوتيريوم على نيوترونين ويروتون واحد. وقد استعمل في بعض التفاعلات النووية.
وفي عام ATY‏ تمكنت آيرين جوليوت ‏ كوري وزوجها فردريك جوليوت ‏ كوري
من تصنيع أول نواة مشعة. وبذلك بدأ عصر تصنيع العناصر المشعة مختبريا . وفتحت
له أبواب كثيرة في الطب وعلوم الحياة والكيمياء وعلوم المواد وعلوم الآثار .

وكان إنريكو فيرمي يعمل مع مجموعة من زملائه لإنتاج عناصر صناعية أثقل من
اليورانيوم (وهو أثقل عنصر طبيعي)ء وذلك بقصف نواة اليورانيوم بحزمة من
النيوترونات . في الوقت نفسهء اكتشف الزوجان كوري» وهان وستراسمان الألمانيان»
أن نواة ذرة اليورانيوم تنشطر إلى نصفين عند قصفها بالنيوترونات البطيئة ؛ مطلقة
بذلك طاقة هائلة. وسمي هذا الانشطار النووي Nuclear fission‏ . وبه بدأ العصر
النووي. وتمكن فيرمي وزملاؤه عام Sa EY‏ السيطرة على سلسلة الانشطارات
النووية لليورانيوم؛ وم ثم تمكنوا من بناء مفاعل نووي صغير. بعد ذلك» تبنت
الحكومة الأمريكية برتامجًا سريًا يستهدف تصنيع السلاح النووي» الذي أدى مهمته في
نهاية الحرب العالمية الثانية؛ إذ أسقطت أول قنبلة نووية على مدينة هيروشيما » وبعدها
ناغازاكي» في آب/ أغسطس ١٤۹٠ء‏ بتدمير غير مسبوق للحياة وللبيئة . إلى جانب
ذلك olisi‏ اندماج العناصر الخفيفة يحرر طاقة أكبر من تلك التي يحررها
الانشطار النووي. ويحدث الاندماج النووي عند حرارة عالية K‏ تبلغ بضعة ملايين
من الدرجات .

اعتمد هائز Hans Bethe azy‏ نظرية الاندماج النووي لتفسير توليد الطاقة في
الشمس (والنجوم بصورة عامة). ففي هذه التفاعلات تندمج أربعة بروتونات لتؤلف
il j‏ هيليوم؟ واحدة. وينتج عن ذلك تولد پوزيترونين وطاقة هائلة EE‏ الطاقة التي
تصدرها الشمس . وبذلك حَلّت معضلة مصدر طاقة الشمس والنجوم .

إن البحوث الجارية حاليًا ترمي إلى تسخير الاندماج النووي لتحصيل طاقة رخيصة
Cis‏ والصعوبة العملية تكمن في عدم القدرة على السيطرة على عمليات الاندماج ؛

أ. د. محمد باسل الطائي

.w

فضلاً عن عدم تحقيق الشروط اللازمة لتحقيق لاندماج نفسه . وفي عام ۰۱۹۹۳ JR‏
مفاعل التوكوماك الأمريكي . وهو مفاعل اندماجى؛ لكن الطاقة التي يولدها أقل من
الطاقة التي يستهلكها! لذلك» تعد مفاعلات الاندماج حاليًا غير مجدية. والأمل أن
يتغير هذا الوضع في القرن الحالي (الحادي والعشرين).

مسارعات الجسيمات Accelerators‏

كان رذرفوره قد dere!‏ على مصدر طبيعى للحصول على جسيمات ألفا التي
استخدمها لقصف تَوَى ذرات الذهب . كن الضاكر $a li‏ لا توفر الطاقات المطلوبة
لدراسة الجسيمات الأولية وتحطيم النوى. لذلك» ed‏ مسارعات نووية» بدأت
بمسارع OU‏ دي غراف بقدرات بسيطة . ثم تطوّرت إلى اخمتراع السايكلوترون.
وتصاعدت الطاقات بعد ذلك ببناء المسارعات الخطية والمسارعات الحلقية . وكان من
أهمها مسارع الجسيمات في بروكهيقن بالولايات المتحدة الأمريكية» الذي أنشيء في
خمسينيات القرن الماضي » بطاقة قدرها ٣‏ آلاف مليون إلكترون فولط GeV)‏ 3). ثم
المسارعات الحلقيّة وسواها فى مختبر البحوث النووية والجسيمات الأوروبي (سيرن
«(CERN‏ الذي يقع على الحدود بين فرنسا وسويسرا. كما أنشأت الولايات المتحدة
مسارعات كبيرة مثل مسارع فيرمي الوطني . وقد ناهزت طاقة المسارعات YAS‏
مليون مليون إلكترون فولط TeV)‏ 2(

وتُستعمل في هذه المسارعات كواشف Detectors‏ متعددة الأنواع لإظهار حركة
الجسيمات وأنواعها وشحناتهاء وغير ذلك من صفاتها. وأهم هذه الأجهزة حجرة
الاعات «Bubble chamber‏ وحجرة السحاب Cloud chamber‏ وحجرة الشرارة
«Spark chamber‏ علاوة على العدّادات الوميضية kes . Scintillation counters‏
كواشف الحالة الصلبة Solid state detectors‏ $ وهي على أنواع متعددة .

إن الحركة البحثية الهائلة» التي تمخض عنها ذلك الاهتمام المحموم بدراسة بنية المادة
والطاقة؛ أدت إلى تطوير تقنيات هائلة في مجالات كثيرة .

A\

—— — eee
Elementarey Particles at 9X الجسيمات‎
ON بالذرة» تصورها كرة مصمتة غير قابلة للقسمة.‎ GU الإنسان‎ SG حين‎
اكتشاف الإلكترون وبعده البروتونء ثم النيوترون» أكد أن الذرة مؤلفة من جسيمات‎
P MM e «Mesons دفيقة . ثم اكتشف الفيزيائ يون عائلات من الميزونات‎
توجد بين الجسيمات المؤلفة لنواة الذرة . وصار لزامًا إيجاد نظرية أ و إطار نظري يفسر‎
. علاقات هذه الجسيمات بعضها ببعض » ويحدد صيغ تفاعلاتها‎

اكتشاف الجسيمات الأولية

في عام YO‏ استنبط يوكاوا Yukawa‏ نظرية لتفسير القوى النووية التي تعمل
على ربط أجزاء النواة بعضها ببعض . Ob i,‏ جسيما ذا كتلة متوسطة بين كتلة
الإلكترون وكتلة الپروتون (بحدود Y £e‏ مرة كتلة الإلكترون) يعمل على هذا الربط .
وفي عام ۰۱۹۳۲ اكتشف بول أندرسن وزملاؤه هذا الجسيم في الإشعاعات الكونية
الشانوية» gates‏ ميزون ميو (أو الميون (Muon‏ . وقد ظن البعض أن هذا هو الجسيم
النووي الرابط ؛ لكن التجارب التي أجراها ياول Powel‏ وآخرون أظهرت أن هنالك
جسيما آخر ذا ALS‏ قدرها ١ ٠‏ مرة كتلة الإلكترون» سمي ميزون پاي (أو Oed‏
dle sends . (Pion‏ أنه هو الجسيم الذي يفسر القوة النووية .

ومنذ ذلك الحين» CASS‏ عن الكثير من الجسيمات في الإشعاعات الكونية الثانوية ؛
أو في المسارعات الكبيرة» مشر Gilet dad‏ عسفة فن ج من Bleus‏
مختلفة . وفى أثناء ذلك» يتطاير فنات من الجسيمات الجديدة» بعضها مستقر وبعضها
الآخر غير مستقر» سرعان ما يتحلل إلى جسيمات أخرى. ومن هذه الجسيمات ما
يُسمّى الهدرونات والميزونات الثقيلة*» التي لها كتل تتراوح بين كتلة بروتون واحد إلى

# هنالك اسر تان رئيسيّتان من الجُسيمات: ١‏ . الْهّدْرونات cHadrons‏ التي تشترك في التفاعلات
Y m‏ . اللبتونات «Leptons‏ التي تشترك في التفاعلات «الضعيفة .
cul s yi ali —‏ بدورها على مجموعتين» هما : الياريونات Baryons‏ والميزونات
Mesons‏ . والباريون جُسيْم مركب من ثلاثة كواركات؛ Ul‏ الميزون فهو جسيم مركب من كوارك
وضّديد كوارك . أمثلة على الباريونات: : النبوكليون (أي البروتون والنيوترون)؛ وهذه أيضًا
هدرونات. وعلى اللبتونات : الإلكترون والنيوترينو . (المحرر)

AY

أ.د. محمد باسل الطائي
ثلاث كتل پروتونية . كما كُشف في ثمانيئيات القرن العشرين عن الجسيمات البوزونية
الثقيلة و CZ‏ المسؤولة عن القوى النووية الضعيفة . وهذه الجسيمات بعضها موجب
الشحنة» وبعضها سالب الشحنة» وبعضها الآخر عدم الشحنة. لكنها جميعا تحمل
شحنة كهربائية موحدة هي شحنة الإلكترون. ومعظم هذه الجسيمات غير مستقرء
يقال على حاله لمدة١٠١-*‏ إلى 1٠١‏ ثانية فقط ؛ ثم لا يلبث أن يتحلل إلى جسيمات
أخف . ولكل من هذه الجسيمات eua Lo‏ الذي يحمل عكس شحتته بالطبع؟ ولكل
منها عزمه الزاوي الذاتي (البَرم)؛ وجميعها تخضع لقوانين حفظ الأعداد الكمومية
المعروفة . وعمومّاء يمكن تقسيم الجسيمات الأولية إلى نوعين رئيسيين :

الفيرميونات Fermions‏ : وهي التي لها برم كسري مقدارة او ع
وهكذا؛ مثل الإلكترون والپروتون والنيوترون والنيوترينو. وجميعها لها البرم T‏ .

والبوزونات 805085: وهي التي لها ei‏ صحيح مقداره ٠أواأو؟...»‏
وهكذا؛ مثل ميزونات پاي (ذات البرم Co‏ والفوتونات (ذات البرم .)١‏

تخضع الفيرميونات لتوزيعات احتمالية حسب إحصاء فيرمي ‏ ديراك Fermi-‏
Dirac statistics‏ - وهي مختلفة عن تلك التي تخضع لهاالبوزونات التي تسمى
ES‏ ون liag . Bose-Einstein statistics celta‏ سببه أن دالة الموجة
للفيرميونات هي دالة عكسية ¢Antisymmetric (plas!‏ يجعل من المستحيل ا جمع
بين فيرميونيْن لهما الحالة الكمومية نفسها. ويُسمى هذا مبدأ ياولي للاستبعاد (أو
للاستشناء) Pauli's exclusion principle‏ . ولهذا LM‏ دور كبير في بنيةالمادة
والطاقة» ومن ثم بنية الكون؛ في حين لا يوجد مثل هذا القيد على البوزونات؛ ما
يسمح بجمع أي عدد منها له الحالة الكمومية نفسها. لهذا السبب» أمكن الحصول
على الليزر من خلال جمع عدد كبير جد من الفوتونات التي لها الخالة نفسها . وأمكن
Cal‏ تكثيف الذرات البوزونية إلى حالة موحدة فيما يعرف بتكثيف بوزآينشتاين
tBose-Einstein condensation‏ حيث تتصرف حزمة من الجسيمات كجسم
متماسك . وهذه واحدة من الظواهر التي تبحث Coo‏ عند تخوم الفيزياء .

AY

نظريّة الجسيمات الأولية

في عام 2197١‏ كي يفسر قولفغانغ پاولي كيفية حفظ البرم في عملية انحلال
النيوترون إلى پروتون وإلكترون» افترض وجود جسيم متعادل الشحنة عدي الكتلة؛
لكنه مع ذلك يحمل طاقة وزخماء وله pg‏ قدره نصف. سمى فيرمي هذا الجسيم
النيوترينو Neutrino‏ (تصغيرا للنيوترون). هذا الجسيم لايتفاعل إلا نادرا مع
الجسيمات الأخرى» ويمكنه اختراق الأرض من أقصاها إلى أقصاها (قطرها ٠٠٠٠٠١‏
كيلومتر) من دون أن ١تُمسك»‏ به الجسيمات الأخرى إلا تادر .

وفي نهاية الأربعينيات» اكتشفت مجموعة أخرى من الجسيمات الأولية في تجارب
الأشعة الكونية. وسميت هذه الجسيمات الغريبة canh . Strange particles‏ العلماء
على دراستها في النمسينيات والستينيات من القرن الماضي . ثم توالى اكتشاف
العشرات من الجسيمات . وصار واضحا أن ما كان يسمى «جسيمات أولية» في بداية
القرن العشرين إن هي إلا جسيمات مركبة تتألف من جسيمات أخرى .

وفي الستينيات والسبعينيات» تبين أن الوحدات الأساسية لبناء الجسيمات الأولية
هي جسيمات أخرى سميت الكواركات Quarks‏ تحمل أجزاء من شحنة الإلكترون
(التي كان يُظن أنها لا تنقسم). ووجدت ثلاثة أنواع من الكواركات هي :
الكوارك العلوي «Up-Quark‏ والكوارك السفلى «Down-Quark‏ والكوارك
الأعلى d». Top-Quark‏ نهاية الستينيات» تبلورت m‏ النظرية العامة للجسيمات
الأولية فيما yal ut‏ 23 ااي (أو المعياري) «Standard model‏ على ou‏ كل o^‏
محمد عبد السلام (الباكستاني) وستيقن واينبرغ وشيلدن غلاشو (الأمريكيين) .

يستند النموذج القياسي إلى نظريتين: الأولى هي نظرية القوى الكهرضعيفة
Electroweak‏ التى وحَّدت بين القوة الكهُرمغناطيسية والقوة النووية الضعيفة؛
والثانية هى نظرية القوة النوويّة الشديدة Strong force‏ . وكلتا النظريتين SY‏ في
il be sas E oi‏ هو أن الجسيمات الأساسية الفاعلة في البنية
الدقيقة للمادة هي الكواركات واللبتونات. وفيما عداها لا شيء آخر؛ سوى القوى
الرابطة التي تحدث من خلال تبادل جسيمات رسولة Messenger particles‏ .

At

أ. د . محمد باسل الطائي

ضجح النموذج القياسي في تفسير بنى الجسيمات الأولية وتفاعلاتها. وتنبأ بوجود
جسيمات أخرى اكتشفت فعلاً في تجارب التصادمات الجسيمية عند طاقات عالية . Y)‏
أن هنالك جوانب مهمة لا يزال هذا النموذج غير قادر على الإجابة عنها؛ منها: BU‏
توجد ” أجيال من الكواركات والليتونات؟ كما لا يستطيع النموذج تفسير كتل
الجسيمات» ولا شدة تفاعلاتها.

نظريات التوحيد Unification Theories‏
هل قوانين الطبيعة مستمدة من قانون واحد عام انبشقت عنه كل هذه الصور
Eis mu i EAL‏
ماكسويل uel oso‏ نظريا إلى أن الكهربائية والمغناطيسية قوة واحدة (هي
الكهرمغناطيسية) . ثم كان التوحيد بين الزمآن والمكان الذي جاء به ألبرت آينشتاين»
والذي أفضى إلى علاقة مهمة هي تكافؤ الطاقة والكتلة . بعد ذلك» تمكن أينشتاين مرة
gel‏ من توحيد المادة والهندسة الزمكانية ؛ فكانت نظرية النسبية العامة التي أفضت
إلى كثير من الكشوف العلمية في الكونيّات. ثم كان تبصر دي برولي حول الارتباط

بين طول AM‏ وزخم الجسيم في علاقته المشهورة .

يعتقد الفيزيائيون اليوم آن هنالك أربع قوى أساسية هي :

قوة الحاذبية Gravitational‏

القوة الكهرمغناطيسية Electromagnetic‏

Strong nuclear force القوة اللووية الشديدة‎

Weak nuclear force القوة النووية الضعيفة‎

فقوة الجاذبية هي التي تشد أجزاء الكون الواسع بعضها إلى بعض . والقوة
EE‏ ا E‏

تشد أجزاء الذرات بعضها إلى بعض . كذلك تشد القوى النووية بنوعيها CHU Se‏

الذرات إلى بعضها بعضا .

Ao

وتوحيد هذه القوى الأربع شكّل حلمًا من أحلام الفيزيائيين للقرن الحادي
والعشرين» بعد أن شهد القرن العشرون توحيد القوة الكهرمغناطيسية والقوة النووية
الضعيفة من خلال نظرية عبد السلام ‏ واينبرع» التي أوجدت الصيغة الموحدة لهاتين
القوتين عبر قواعد التمائلات بين القوتين؛ وبين الفوتون والجسيمات المتجهة الوسيطة
الفاعلة في القوة النووية الضعيفة . وتستمر المحاولات لتوحيد القوة النووية الشديدة
مع القوة ة الضعيفة؛ So,‏ عبد او الكل تعلاط icis‏
النوويتيّن . إلا أن هذا الحلم لا يزال بعيداء لأن الجاذبية ما زالت عصية على التكمية ؛
Be‏ للقوى الأخرى التي كُمّيت بنجاح .

إن الجانب الأعظم من تكنولوجيا القرن العشرين مَدين للتوحيد الماكسويلي بين
الكهربائية والمغناطيسية. وعسى أن يمكننا القرن الحادي والعشرون من توحيد القوى
الأخرى.

فيزياء الحالة الصُلبة Solid State Physics‏
شهد النصف الثاني من القرن العشرين D das‏ كبيرا في دراسة المواد وفهم آليات
تكوينهاء خاصة ما يتعلق بخصائصها الكهربائية والمغناطيسية والضوئية؛ الأمر الذي
فتح Gul‏ واسعة لاستخدامات جديدة لم يكن أحد د plow‏ بها في بداية القرن . وكان
التطور الأكبر في حقل ما يُسمَى فيزياء الحالة الصلبة ؛ حيث كانت نظرية الكم قد
وفرت الأرضية المتينة للتعامل مع التركيب الذري والجزيئي لهذه المواد. كما وفرت

التقنيات الضوئية والإلكترونية الإمكانات العملية لدراستها.

تكون الذرات والجزيئات في المواد الصلبة أكثر تقاربًا ما هي عليه في السوائل
والغازات. وهذه الخصيصة تجعلها تتمتع بصفات كهربائية ومغناطيسية وحرارية
وضوئية خاصة. والميزة الاستثنائية لبعض المواد الصلبة هي تكوينها البلوري؛ حيث
تصطف الذرات في أوضاع هندسية محددة. (Sota‏ تعمل الأواصر الأيونية
Tonic bonds‏ في بلورات ملح الطعام على تكوين البلورات؛ في حين تعمل الأواصر
التساهمية Covalent bonds‏ في بلورات الألماس على تحديد هندسة البلورة . وحين

A1

أ. د. محمد باسل الطائي

تتجمم ذرات المواد الصلبة» فإن مستويات طاقة الإلكترونات تتخذ مطاحزميا Co‏
a ES EN eit ies, case‏
الحرم وعلى الفاصل بينها. ففي ا مواد العازلة» تكون الفواصل AD a FB‏ تُسمى
الحرم الممنوعة (Forbidden bands‏ كبيرة؟ في حين يؤدي تراكب الحزم أو تقاربها في
المواد الموصلة إلى إعطاء حرية حركية كبيرة للإلكترونات» تؤدي إلى امتلاك هذه المواد
صفة التوصيل الكهربائي والحراري العالي . وبين هذه المواد وتلك» تقع المواد شبه
الو Semiconductors xL‏ التي تكون الحزم الممنوعة فيها ضيقة؛ ما يتيح لبعض
الإالكترونات ذات الطاقة العالية اختراق هذه الحزم وتحقيق موصلية معينة تحت ظروف
ممحددة .

ومن الاكتشافات ite s all‏ تأثير إضافة كميات قليلة من مواد لافلزية» كالزرنيخ
والكبريت» إلى بلورات السيليكون والكادميوم على الفاصل go hi‏ للطاقة» بالزيادة
أو النقصان. ذلك أن إنقاص الحزمة الممنوعة يؤدي إلى تكوين بلورات مانحة «Donor‏
تسمى بلورات من النوع an‏ يسهل عبور الإلكترونات فيها؛ في حين يؤدي زيادة
توسيع الحزمة الممنوعة إلى تكوين بلور رات قابلة Acceptor‏ « وهي التي تدعى بلورات

من النوع م. ومن كلتا البلورتين» يمكن صنع ثنائي np‏ يقوم حركة التيار الكهربائي
باتجاه واحد. كما يمكن صناعة ترانزستور Transistor‏ کیب مقاطع من بلورات
n-p-n‏ أو p-n-p‏ .

تقد أحدث اكتشاف المواد شبه الموصلة قفزة كبيرة في تكنولوجيا الأجهزة
الالكترونية» خاصة أنظمة معالجة الإشارة (الراديو» والتلفزيون» والرادار»
والحاسوب» وكثير غيرها). وكان الأثر الذي تركه اكتشاف الترانزستور عام VAT.‏
على حياة المعمورة كبيرا جدا؛ إذ إنه al‏ إلى اختزال حجوم الأجهزة الإلكترونية
الكبيرة» التي تستهلك طاقة ضخمة» إلى حجوم صغيرة جد ؛ حتى حتى أمكن بعد ذلك
تصنيع رقائق تى إلكترونية تحدوي على ملايين الترانزستورات والثنائيات Diodes‏ الأمر
الذي مكن العلماء من اختزال جهاز حاسوب حجمه حجم عمارة مؤلفة من عشرة
طوابق إلى علبة بحجم الكف . ثم تطوّرت تكنولوجيا تصنيع الرقائق الإلكترونية إلى

AN

درجة كبيرة» حتى أمكن تصنيع ما TU‏ الدارات المتكاملة t Integrated circuits‏
بحيث تحتوي صفيحة صغيرة من هذه الرقائق تى على ملايين القطع الإلكترونية . كل هذه
التكنولوجيا مكدّنت الإنسان من وضع أجهزة متطورة جدأ في علب صغيرة تحملها
الأقمار الصناعية (السواتل)؛ فمكنت من استكشاف الفضاء وسبر غوره بشكل لم
يسبق له مثيل .

علم التبريد Cryogenics‏

في بداية القرن العشرين» طور الفيزيائي أونس tol aay Ones‏ سول ds‏
ee‏ حرارة منخفضة جد . واكتشف أن الزئبق يفقد مقاومته الكهربائية ويصبح

تق الموصلية Superconductor‏ عند درجة حرارة ٤‏ كلقن . oe‏ مواد أخرى
oe‏ تختص بها . كذلك تصبح
al JM‏ المغناطيسية عوازل مغتاطيسية عند هذه الدرجات .

وضع كل من باردين وكوير وشريفر نظرية (BCS)‏ تفسر حدوث الموصلية الفائقة
عند درجات حرارة منخفضة؛ وهي تقوم على فكرة توالد أزواج إلكترونية في الشبكة
البلوريّة . وبعد ذلك BAA‏ عقود» اكتشفت إمكانية تصنيع خلائط سيراميكية لها
موصلية فائقة عند درجات حرارة عالية Coad‏ تصل إلى حدود ١75‏ كلقن وأكثر.

من ناحية أخرى» اكتشف أونس تحول الهيليوم؛ تحت درجات الحرارة المنخفضة
(حوالى Y‏ كلّقن) ودونها إلى مائع فائق Superfluid‏ وفسرت هذه الظاهرة بحدوث
تكثيف بوز آينشتاين ؛ فتلجأ ذرات الهيليوم؟ إلى الحالة الدنيا وتتجمع فيها» وتصبح
الحرارة النوعية لانهائية . |

وعلى تخوم فيزياء المواد» ما زالت ظاهر هرة تكثيف بوز ‏ آينشتاين تجذب الباحثين»
بعد اكتشاف هذه الظاهرة في تسعينيّات القرن العشرين في عدد من الغازات الذرية ؛
بل OL‏ العلماء تمكنوا من «تصويرها» في إنجاز يديع . *

# حرّرت النص هنا بعناية بالغة ؛ كما cial‏ إليه بعض العبارات . (المحرر)

AA

أ. د. محمد باسل الطائي

تطبيقات الموصلية الفائقة

Cables‏ كهربائية فاعلة cde‏ وأجهزة كهربائية وإلكترونية فائقة الكفاءة» Ue‏ فى ذلك
زيادة حساسية المجسات والأجهزة الإلكتروئية؛ ما سيمكننا من اكتشاف ad glo‏ جديدة
في العوالم المجهرية .

فيزياء البلذزما Plasma Physics‏
البلازما هي مادة متأينة*» فقدت بعض إلكتروناتها التي تبقى ضمن حيز البلازما
نفسه» ويمكن السيطرة على حركة الذرات المتأينة والإلكترونات عن طريق تسليط
مجال كهربائي أو مغناطيسي . ونجد dle Ve‏ البلازما في مصابيح النيون العادية؛
حيث تتحرك الذرات المتأينة جيئة وذهابًا بامتصاص الطاقة الكهربائية عبر القطبين»
فتشع هذه الطاقة على شكل ضوء. كما تتوافر البلازما في النجوم والغاز بين النجمي

والسدم .

لفيزياء البلازما تطبيقات cà ts‏ منها abd‏ المعادن والفلزات وخراطتها بواسطة
قوس البلازما Plasma arc machining‏ . وتستعمل هذه عادة فى معالجحة المواد
والفلزات والسبائك التي يصعب معا متها بالوسائل التقليدية. 0

الليزر Laser‏
هو جهاز يعمل على تضخيم الضوء بالانبعاث feed‏ للأشعة؛ مختصر لعبارة
elo s . Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation‏ هذا ثمر E‏
من ثمار نظرية الكم. ويستند مبدأ الليزر إلى اكتشاف آينشتاين (عام ۱۹۱۷) أن مثل
هذا الانبعاث المحقز للأشعة يمكن أن يحدث حين تمتص الذرات طاقة من خارجها؛ ثم
يتم تحفيزها لتعطي هذه الطاقة بشكل متزامن؛ الأمر الذي يولد ضوءا متماسكًا
Coherent‏ ¢ أي له الطول الموجى (أو التردد) نفسه » والطور نفسه. وهذا يعنى الحصول

* يعدها العلماء الحالة الرابعة للمادة» بعد الغازات والسوائل والجوامد. (للحرر)

A^

على ضوء $C UU‏ في حين أن الضوء المنبعث من المصادر العادية يحتوي على جميع
الأطوال الموجية التي تشكل قوس قزح .

تطبيقات الليزر

صنعت أجهزة ليزر في أوائل الستينيات من القرن العشرين» وكانت ذات طاقات
منخفضة. لكن سرعان ما co jb‏ تقنيات الليزر وتطبيقاته» وأجريت بحوث هائلة
لتطوير ليزرات من أنواع غازية وسائلة وصلبة؛ وأنواع تصدر نبضات ضوئية قوية›
وأخرى تصدر موجات متواصلة . ولأشعة الليزر تطبيقات كثيرة جد . ففي الطب»
يستعمل الليزر في الجراحة كمبضع دقيق جداء وفي کي الجروح؛ كما يستعمل في
جراحة العيون ومعالجة الأسنان. وفي العلوم الهندسية» يستعمل الليزر في لحام
المعادن» وقطعها. ونظر لأن انفراج شعاع الليزر قليل جداء فإنه يستعمل في ele‏
المساحة لقياس المسافات. كما أن هذه الخاصية نفسها جعلته be‏ للاستخدام في
توجيه القذائف والصواريخ. كذلك» يستخدم الليزر بشكل واسع في الطباعة»
وتوجد طابعات (راقنات) ليزرية ذات كفاءة عالية جدًا. وتستخدم أشعة الليزر في
الاتصالات التى تعتمد على الألياف الضوئية في نقلها؛ وهذا كله بفضل نقاء هذه
الأشعة وإمكانية تشفيرها بالطريقة التي نريدها. كما يستخدم الليزر في تنشيط
التفاعلات الكيميائية. وقد مكنت تقنيات التصوير بالليزر الكيميائيين من تصوير
التفاعلات» ومعرفة تفصيلاتها خلال جزء ضئيل he‏ من الثانية الواحدة. والحق أن
استخدامات الليزر اليوم أوسع من أن نحصيها.

الخلاصة

يمكن القول إن القرن العشرين كان فاتحة لفيزياء جديدة . وقد شهد انقلابات كبيرة
في المفاهيم والمنهجيات» واكتشافات كثيرة غيّرت الأطر النظرية» وطورت
تكنولوجيات جديدة أحدثت تحولات نوعية وكمية هائلة في البنى الاقتصادية
والسياسية والاجتماعية للمعمورة.

آ. د. محمد باسل الطائي

وعلى الرغم من التطور المادي والتكنولوجي السريع الذي شهده القرن العشرون»
ob‏ الملاحظ أن التقدم الحضاري العام ما زال بطيئًا جدا. وريا يعزى ذلك إلى الهوة
الكبيرة بين القيم الإنسانية والمعارف العلمية. وربما يعزى CA‏ إلى أن oe‏ من
التطورات العلمية والتكنولوجية قد حركتها مطالب المنفعة المادية الضيقة؛ فضلاً عن
ضعف العلاقة بين العلوم والتكنولوجيا والعلوم الإنسانية .

ولا بد من أن نشير أخخير إلى أن النظريات التى وضعت فى بداية القرن العشرين
أصبحت اليوم تواجه معضلات جديدة» ft‏ بعدم استطاعتها منفردة تفسير بعض
الظواهر المتداخلة التى تحصل عند الحدود الدقيقة للزمان والمكان؛ ما يتطلب توحيدها
في نظرية واحدة» وعاتكون Midi‏ الخد الذي mad‏ شع بجملة من eA‏
والتصورات التي كانت قد أرسيت قواعدها في أوائل القرن.

هذا ما أوحت به حركة الفيزياء في أواخر القرن العشرين. وعسى أن تحل مرحلة
جديدة في تاريخ المعرفة الفيزيائية خلال القرن الحادي والعشرين . فإن أمام البشرية
مهمات كبيرة .

ماذا ينتظرنا في القرن الحادي والعشرين؟

# توظيف توحيد الزمكان والمادة في تكنولوجيات جديدة .

# توحيد القوى النووية الشديدة والكهرضعيفة .

Ball لتحقيق طفرات كبيرة في تكنولوجيا‎ Coherence استثمار خاصية التماسك‎ a

والطاقة .
# حل مشكلات نظرية الانفجار العظيم في علم الكونيات لتحقيق فهم أصح لبنية
الكون.
حصاد جوائز نويل للقرن العشرين

حصل على جائزة نوبل في الفيزياء منذ عام ١1٠١‏ ولغاية عام Bal (VAY) 7٠٠١‏
من دول مختلفة متعدّدة تصدرتها الولايات المتحدة الأمريكية؛ ثم بريطانياء فألمانيا.
وفيما يأتي أسماء الحاصلين على الجائزة» وعناوين أعمالهم التي حازوا بها الجائزة :

AY

كونراد ولیم رونتغن )١977 VAEO)‏ » لاكتشافه الأشعة السيئية (أشعة (X‏ .
.١‏ هندريك أنطون لورنتز ECVAYAL VAOY)‏ ۲ . ييتر A10) olej‏ -
(Ost‏ لدراساتهما حول تأثير المغناطيسية على الإشعاع .

١:‏ . أنطون هنري بيكرل (AAY)‏ لاكتشافه النشاط الإشعاعي

للعناصر؛ us LY‏ كوري Y OA TIAA)‏ . ماري سكلودو قسكا کوري
(Qv EAS)‏ لدراساتهما في ظاهرة النشاط الإشعاعي .

[ لورد] رايلي(جون ولیم سترات) »)۱۹۱۹-۱۸٤١(‏ لدراساته في كثافات
الغازات» واكتشافه غاز الآرغون .

فيليب إدوارد أنطون فون لينارد »)١4417/-1877(‏ لدراساته حول الأشعة
المهبطية (الكاثودية).

:[سیر] جوزيف جورج ثمسون (VAE NAOT‏ لدراساته حول التوصيل

الكهربائي عبر أنابيب تفريغ الغازات» واكتشاف الإلكترون .

: ألبرت أبراهام ميكلصن LO TY NAOT)‏ لاختراعه أجهزة ضوئية» وقياس
سرعة الضوء .
: غابرييل لبمان (OY M Eo)‏ لتطبيقه تقنيات التداخل لإنتاج أول لوح
فوتوغرافي ملون . Í‏
:غويليلمو مارکونی Y (AY V AVE)‏ كارل فردينائد براون )3 MAY‏ ~
»© لاختراعهما الاتصالات اللاسلكية .
يوهان ديدريك OU‏ در JU‏ (۱۸۳۷- ۱۹۲۳). لدراساته حول معادلات WEY‏
للغازات والسوائل .

ولیم فين AAYA VATE)‏ لاكتشافه قانون إشعاع الجسم الأسود .
تلز غوستاف دالين CO AYV A)‏ لاختراعه منظّمات الغازات AJY‏
الإضاءة في المنارات والعوامات لإرشاد السفن .
هايكه كامرلينغ أونس »)2١477-1861(‏ لإسالته الهيليوم؛ e‏ واكتشافه ظاهرة
الموصلية الفائقة .

AY

15٠١

: 5١

14۳

ALES.

: V4r0

Mei

ah A

DYAMM
:3۲

PASAT

أ.د. محمد بأسل الطائي
ساكس فون لاوي ATE AAVA)‏ لدراساته لحيود الأشعة السينية عند
مرورها بالبلورات .

۱ .سیر] ولیم هنري براغ OEY VATI‏ ؟.ابنه eda Ld‏ لورنس
براغ CO AVYL TAS‏ لجهودهما في دراسة بنى البلورات باستخدام الأشعة
السيئية .

حجبت الجائزة .

تشارلز غلوقر ياركلا .)۱۹٤٤-۱۸۷۷(‏ لدراساته للثرات عن طريق
انبعاثات الأشعة السيئية .

ماكس كارل پلانك (YA EVADA)‏ لاكتشافه تكمية الطاقة .

يوهان ستارك ((\40V_VAVE)‏ لاكتشافه تأثير ستارك؛ أي انفصال خطوط
الطيف في المجال الكهربائي. 0 |

تشارلز إدوارد غويلوم (2)1978-1851 لتطويره مركب إنقار *Invar‏ وهو
سبيكة من النيكل والفولاذ بمعامل SIE‏ صغير جداً .

ألبرت آينشتاين (141/9- ١400‏ ) ء لمساهماته في الفيزياء النظرية؛ خصوصاً
تفسيره التأثير الكهرضوئي .

نيلز هنريك ديقيد بور (AAY LAAD)‏ لنموذجه الذري» وتفسيره
للانبعاثات الطيفية الصادرة عن الذرات .

روبرت أندروز ميليكان :)١507-1874(‏ لقياسه شحنة الإلكترونء والتأثير
الكهرضوئي . :

كارل مان غيورغ سيغبان VAAN)‏ -۱۹۷۸)» لبحوثه في مطيافية الأشعة

السينية .
| . جيمس فرانك (1955-1885)؛ 7 . غوستاف هيرتز (۱۸۸۷۔ (YAV‏
لاكتشافهما تأثير فرانك ‏ هيرتز لتصادمات الإلكترونات مع الذرّات .

جان باپتیست پرين OET AAY)‏ لدراساته للبنية غير المنصلة (أي
الذرية) للمادة .

ay

SAVANE

BLA

A

۹¥

:1 5148
23434

1۹1

: ١55١

DNAYY

nyay

EVANS

140

:

mu لطس‎ Mm:

١.آرثر‏ هولي كوميتون QV NAGY)‏ لاكتشافه تأثير كوميتون لاستطارة
الأشعةالسيئيّة بالإلكترونات؟؛؟. تشارلز ثمسون ريز ولسن VATA)‏
6 » لاكتشافه طريقة Jad‏ مسارات الجسيمات المشحونة كهربائياً مرئية
بتكائف البخار (مبدأ الحجرة السحابيّة لكشف الجسيمات) .

[سير]أوين ولانز رتشاردسن VAYA)‏ 493( لدراساته في الظاهرة
الحرارية الأيونية» واكتشافه Ags‏

[الأمير] لوي دي برولي (۸۹۲٠-۱۹۸۷)ء‏ لاكتشافه الطبيعة الموجية
للولكترون.

[سير] تشاندرا سيكارا فنکاتا رامان (CV AV + AAA)‏ لبحوثه في استطارة
الضوء col b‏ واكتشافه تأثير رامان.

حجبت ال جائزة . |

ثيرنر هایزنبرغ OY D‏ لتطويره ميكانيكا الكم..

oi ul. Y‏ شرودنغر «O33 MAY)‏ لتطويره الميكانيكا الموجية؛؟. يول
Ol jo]‏ موريس ديراك (AAE A AE Y)‏ لتطويره ميكانيكا الكم النسبوية .

حجبت الجائزة .

[سير] جيمس تشادويك (۱۸۹۱۔۱۹۷۹)» لاكتشافه النيوترون.

١‏ . ثيكتور فرانز هس »)١1954-1817(‏ لاكتشافه الأشعة الكونية ؛ ؟. كارل
ديقيد أندرسن )340 (O43‏ لاكتشافه البوزيترون .

١‏ . كلينتون جوزيف داقیسن Ly]. YEO AOA VAAN)‏ جورج ياجيت
ٹمسون (۱۸۹۲- (VAYA‏ لاكتشافهماحيودالإلكترونات بواسطة
اليلورات .

إنريكو فيرمي )4*3 «O80£‏ لاكتشافه ظاهرة النشاط الإشعاعي
الاصطناعي الناجمة عن النيوترونات البطيئة .

إرنست أورلاندو لورنس )81 (OA‏ لاعتراعه السايكلوترون
وتطبيقاته .

Af

¥

AAYA

: ۹

Sas

4۹7۱

: ۲

: 34۳

PAATE

: 1۹۳0

: 7

DYaYV

DYQYA

:yar4

أ.د. محمد باسل الطائي
حجبت الجائزة .

حجبت الجائزة .

حجبت الجائزة .

أوتو شتيرن (Y SA AAA)‏ لتطويره تقنبات الحزمة الشعاعية الجزيئية»
واستعمالها لاكتشاف العزم المغناطيسي للبروتون .

إسيدور اسحق رابي (۱۹۸۸-۱۸۹۸)» لاكتشافه الرنين المغناطيسي النووي
في الحرم الشعاعية الذرية وا لجزيئية .

فولفغانغ پاولي )8*9 (40A‏ لاكتشافه مبدأ الاستبعاد (الاستئناء)

المحروف باسمه .
بيرسي وليامز بريد جمان (19371-1885).» لمساهماته في فيزياء الضغوط
العالية .

[سير] إدوارد أيلتن (Oo VARY)‏ لدراساته في طبقات الجو العلياء
واكتشافه الطبقة المعروفة باسمه .

solius th ob Lo JJ]‏ كبوا رت وکت 1210 lad (AVE‏ ج
ولسن السحابية» واكتشافاته بواسطتها في الفيزياء النووية وفيزياء الأشعة
الكونية .

. لتنيؤه بوجود الميزونات‎ CO SAY LY V) يوكاوا‎ SLL

سيسل فرانك ياول CO 18 4 Y)‏ لتطويره تفنيات فوتوغرافية لدراسة
ur‏ الذرات» وتطبيقاتها في دراسة الميزونات والأشعة الكونية .

À‏ سیر] جون دوغلاس كوكروفت Y «(43V AV)‏ إرنست ثوماس
سنتن والتن »)١446- VY)‏ لأعمالهما الريادية في تحويل ie‏ الذرّات»
وتخليق العناصر بالجسيمات المسرعة .

-۱۹۱۲( فيلكس بلوخ (4)1987-1404 ۲. إدوارد مسيلز بيرسل‎ .١
. لاكتشافاتهما للرنينات المغناطيسية النووية في السوائل والغازات‎ 2.17
. لاختراعه مجهر التباين الطوري‎ COAT LTAAA) فرتز زيرنكه‎

Ao

SETS

146)

: ۲

DYAEY

VEE

1440

: ١845

551

AEA

: 4

: 140۰

:1 ١

: 140۲

: 145۳

Sennen — —

M:‏ . ماكس بورن (۱۸۸۲- ۱۹۷۰)» تتفسيرهالإحصائي ليكانيكا

الكم؟ Y‏ قالتر بوثه NIOV VARY)‏ لإبداعه طريقة التصادف لدراسة
الأشعة الكونية .

E E‏ يوجن CAM‏ )4 40597 لاكتشافه التركيب الدقيق لطيف

الهيدروجين Yt‏ يوليكارب كوش )2413 Y‏ 4( لقياسه الدقيق للعزم
المغناطيسي للإلكترون .

ply? £O 851514) جون باردين‎ YEAR VAY 9) وليام شوكلي‎ :

هاوزر براتين (۱۹۰۲۔ (NIAY‏ لاختراعهم الترانزستور وتطويره .

Ob Lea gel «( VATU) تسونغ داو لي‎ . Y 4) LTD تشن ننغ يانغ‎ :

التماثل المكاني لا يحفظ في اضمحلال بيتا .

v:‏ .بال آلکسییشتش تشرنکوف )£ 884( لاكتشافه إشعاع

تشرتكوف ؛ CJ]. Y‏ مايلو قن راك Y £(44* 34 * A)‏ إيغور تام
(1911-1884)» لتفسيرهم إشعاع تشرنكوف .

-MY od pened cel. Y EVIA 140) .إيميلو جينو سيغريه‎ V:

. لاکتشافهما ضديد الپروتون‎ c(Y a
. لاختراعه حجرة الفقاعات‎ ») OY) دونالد آرثر غليسر‎

والنيوترون ؛ Y‏ رودولف لودقفيغ موسباور (۱۹۲۹- )» لاكتشافه تأثير
موسباور .

: ليف داقيدوشيتش لانداو CATALAS A)‏ لبحوثه النظرية الريادية في المواد

المكثفة ؛ Lo pas‏ سائل الهيليوم؟ .

١:‏ .يوجين پول فغنر ))١1940-١9617(‏ لبحوثه في نظرية التمائلات في

الجسيمات الأولية» ونظرية الزمر؛ ”.ماريا غيويرت-ماير(955١‏
LY 71‏ ج . هانز ينسن )0 CAVE‏ لدراساتهما في موذج القشرة
النووية .

A1

140

1400

1۹۵٩7

140¥

142A

1404

WA k: a
لاكتشافه البنية الداخلية لليروتون‎ «O33: 23432) .روبرت هوفستدر‎

3411

141۲

yany

أ. د. محمد باسل الطائي
تشارلز هارد تاونس )2410 ) Ye‏ . نيكولاي غندیشتش باسوف (۱۹۲۲-
0١‏ الكسندر ميخايلوفتش بروخوروف 00 (QUY‏
لتطويرهم الليزر والميزر.

١.سن_إثيرو‏ توموناغا Y (VA LY CO‏ جولیان سيمور شوينغر
LY «(44€ 141A)‏ ريتشارد فيليبس فاينمان «(AAA YA YA)‏
لتطويرهم نظرية الديناميكا الكهربائية الكمومية .

pall‏ كاستلر Y)‏ ٤۱۹۸)ء‏ لاكتشافه طرقاً ضوئية لدراسة الرنين
الهيرتزي في الذرات» وتطوير هذه الطرق .

هانز ألبرخت بيته (Yo 8 CO‏ لبحوثه في نظرية التفاعلات النووية»
المتعلقة بمصدر الطاقة في النجوم .

لوي والتر ألفارز »)١588-١51١1(‏ لاكتشافه الكثير من الرنينات النووية .
مُوري غلمان C1918)‏ لمساهماته في تصنيفات الجسيمات الأولية .
هانس أولوف غوس ا ألقين: 140A)‏ 1946)ءلتطويره نظرية
الهيدروديناميكا المغناطيسية:» وتطبيقاتها في البلازما؛ «Y‏ لويس يوجين
فيليكس نيل )£ 207٠٠١-١4‏ لاكتشافه الفرومغناطيسية وضديدها .

دنیس غابور (AVALIA e)‏ لاختراعه الطريقة الهولوغرافية وتطويرها.
em. ١‏ باردين (۱۹۹۱-۱۹۰۸)؛ ۲. ليون کوپر (۱۹۳۰- Ope FEC‏
روبرت شريفر (AT)‏ لنظريتهم في الموصلية الفائقة .

.١‏ ليو إيساكي LY Yo)‏ )» لاكتشافه ظاهرة «النفقية» في شبه الموصلات ؛
۲. أيقار غايشر )1414 )2 لاكتشافه هذه الظاهرة في الموصلات الفائقة ؛
۳. براين ديشيد جوزيفسن (C MED‏ لتنبؤه بهذه الظاهرة للأزواج
الإلكترونية في الموصلات الفائقة (تأثير جوزيفسن) .

.١‏ أنطونى هيويش -١9475(‏ )» لاكتشافه النوابض (البلسارات) ؛ Y‏ . [سير]
مارتن رايل CAEI NA)‏ لمساهماته في علم الفلك الراديوي.

ay

VANE

106

: 555

SVQ

343A

: ٩4
1Y

الاوا:

> ¥۲

A E A'A p

DYaVEÉ

Y 8€ NAYI أوغه نيلز بور (۲۰۰۹-۱۹۲۲)؛ ۲. بن روي موتلصن‎ V:

ليو جيمس رين ووتر (۱۹۱۷ (AAT‏ ؛ لتطويرهم النموذج الجسمعي لثواة
الذرة .

لاكتشافهما الجحسيْم الأولي 9 ا J‏

Maroh فزاسيس‎ Eie]. ACAI) سن‎ ul قلس :وازق‎ Y:

Y (1441‏ خرن عاسووك SAAN Od‏ > لمساهماتهم في
النظريّة الكمومية للأجسام الصلبة .

€ VAD 4, 4355. VHC 256 aea tt
بيوتر ليونيدوقتش كابيتزا‎ Y لاكتشافهما إشعاع الخلفية الكونيّة الميكروي؟‎
. لمساهماته في فيزياء الحرارة المنخفضة‎ (AEL AAE)

١:‏ . شیلدون لى غلاشو VEC VAY)‏ محمد عبدالسلام(1957

CA‏ ستيقن واينبرغ -٠۹۳۳(‏ )» لنظريتهم في توحيد القوة
الكهرمغناطيسية مع القوة [النووية] الضعيفة .

daton فيش‎ Bae SON 6 ةاون‎ Dig 8 OU eas
. (المتعادل)‎ K لاكتشافهما نرق مبادئ تمائل أساسية في اضمحلال ميزون‎

2))19589-1١971(ولوش نيكولاس بلومبرغن (۱۹۲۰ - )؛ ؟.أرثر ل.‎ . ١:

لمساهماتهما في مطيافية الليزر؛ “.كاي مان ب . سيغبان (۱۹۱۸۔ ۲۰۰۷)»
لتطويره المطيافية الإلكترونية العالية ايز .

كينيث غ . ولسن (VATA)‏ لنظريّاته في تحولات الطور لدراسة الظواهر
الحرجة. 7

١‏ . وليم آلفرد فاولر »)١145-1١411(‏ لدراساته النظرية في تخليق العناصر

الكيمائيّةفي الكون؛ ؟. سوبرا مانيان شاندراسيكار -VAVO‏
6 ). لدراساته النظرية في نشوء النجوم وتطورها .

))5١١١-1955( مير‎ s سیمون فان‎ .۲ «( -۱۹۳٤( روبيا‎ Lbs. ١:

لاكتشافهما جسيّمات ZIW‏

4A

yayo

Vay

\avy

DYSAVA

yaya

IA

۹۸۱

: ۹A۲

1۹A

1۹A

أ.د. محمد باسل الطائي

: كلاوس فون كلتزينغ (C AET)‏ لاكتشافه تأثير هول الكمومي .
١:‏ . إرنست روسكا »)۱۹۸۸-٠۹١١(‏ لاختراعه المجهر الإلكتروني؛

Y‏ . غیرد بينيغ LEV)‏ )4 . هنريش روهرر (۱۹۳۳- (C‏ لاختراعهما
الجهر الإلكتروني الماسح النفقي . |

:1 .كارل ألكس مولر (۱۹۲۷- THC‏ جورج بدنورز -۱۹٥۰(‏ €
لاكتشافهما الموصلية الفائقة عند درجات الحرارة العالية .

ETTA Y) تفش فارتر‎ al ۲۲) 1۹ OL edo. V:
لاستعمالهم حزمة نيوترينات لأوّل مرة في‎ ») -٠۹۲١( جاك شتاينبرغر‎ Y
. دراسة القوة النووية الضعيفة‎

١:‏ . نورمان رامزي )1410 (( لتطويره ساعة السيزيوم وتقنيات لدراسة
البنية الذرية ؛ Y‏ هانز clas‏ (۱۹۲۲- )4 ۴. فولفغانغ پاول -M WD‏
"01441 لتطويرهما طريقة مصيدة الأيونات لفصل الجسيمات المشحونة .

؛)١19494-١1917( جیروم فریدمان(۱۹۳۰- )؛ ؟. هنري كندال‎ N:

۳. ريتشارد تيلور )1474 )» لدراساتهم الرائدة للتصادمات اللامرنة
العميقة للإلكترونات مع الروتونات والئيوترونات المقيدة؛ الأمر الذي كان له

أثر جوهري في تطوير نموذج الكواركات . |
بيير - جيلز دي جين (۱۹۳۲- »)۲٠٠۷‏ لدراساته في الأنظمة المعقّدة؛
Le past‏ البلورات السائلة والبوليمرات .

جورج تشارياك CY VV AYE)‏ لاخشراعه الكواشف الإلكترونية السريعة
للجسيمات العالية الطاقة .

C ١1951(روليت. جوزيفاه‎ TEC -١9650( رسل أ. هولس‎ . ١:
لاكتشافهما نوعاً جديداً من النوابض (الپلسارات)؛ ما فتح إمكانات جديدة‎
. لدراسة الجحاذبية‎

Y:‏ برترام بروكهاوس (۹۱۸٠-۳٠٠۲)ء‏ لتطويره المطيافيّة النيوترونية؛
Y‏ .كلفورد تشول »2730١1١-1١415(‏ لتطويره تقنية ألحيود النيوتروني .

44

34A0
34A1

AAV

١5848

1۹۸4

14۰

:١ 59١

:344Y

144۳

144:

3440 مارتن يبرل (۱۹۲۷- )» لاكتشافه (لبتون التأو)؛ ۲ . فريدريك راينز
(۱۹۹۸-۱۹۱۸)» لكشفه النيوترينو.

5 : . دیشید لی Y «(Y Y)‏ دوغلاس أوشروف Y CAM EO)‏ روبرت
ريتشاردسن -١۹۳۷(‏ )» لاكتشافهم الميوعة الفائقة في سائل الهيليوم".

۷ . ستیڅن تشو Y ٣) VASA)‏ کلود كوهين_تانوجي EE AAYY)‏
NS Eu‏ )» لإبداعهم طريقة لمصر الذرات [في
«مصيدة٤]‏ بالليزر» وتبريدها .

$C NIEA) هورست ل. ستورمر‎ Y 4) 1408) ud . روبرت ب‎ VENA
لاكتشافهم نوعاً جديداً من المائع الكمومي‎ (C ۱۹۳۹ دانييل تسوي‎ Y
. باستثارات ذات شحنات كسرية‎

8 .: .جيرارد وس Y eC LED Ga‏ مارتینوس قلتمان(1971 C‏
لتوضيحهما البنية الكموميّة للتفاعلات الكهرضعيفة في الفيزياء .

THC VPS a. ۰‏ هربرت كرومر (C VEYA)‏ لتطويرهما
تراكيب هجيئية شبه موصلة تستعمل في الإلكترونيات السريعة جداً
والإلكترونيات الضوئيّة ؛ T‏ جاك س . كلبي (Qo TY)‏ لدوره في
اختراع الدارة المتكاملة .

أ. د . محمد باسل الطائى

وفيما يأتي مخططات لبيان توزيع الحاصلين على الجائزة حسب أعمارهم وبلدانهم :

83 ك 8 58 5 888 وق 5

الولايات

0000 toe ly Ly, Lis GUT ble, “7
s المتحدة‎

o>

الفصل الثالث

التكنولوجيا

أ. د. مثيرنايفة

التكنولوجيا

الأستاذ الدكتور منير نايفة
ترجمة: الأستاذ الدكتور وهيب الناصر

والمهندس حيدر المومني

0

دمهيد

يتميز القرن العشرون بحقيقة تتمثل في أن العلم والتكنولوجيا
UL‏ مرتبطين ارتباطًا وثيقًا يصعب معه الفصل بينهما. وفي بعض
الحالات». يغدو من العسير التمييز بين الإثئنين» خاصة عند الحديث
عن علم الثانو وتكنولوجيا SOI‏ اللذين برزا في أواخر القرن.
وقد شهد القرن العشرون عدذا من الابتكارات التكنولوجية ذات
الأهمية البالغة فى مجالات الغذاء» والصحة. والنقل»
ORERE‏ والحوسبةء والطاقة» والمواد المتقدمة.
وتكنولوجيا التانو» على سبيل المثال لا الحصر . والجدير بالذكر أن
الغورة العلمية dy‏ البيعة المناصبة sy AU‏ الصتاعة. غير Ol‏
الأخيرة رفعت توقعات المجتمع » متسببة في نشوء طلب متّنام على
التقنيات التى من شأنها أن تحسن من نوعية حياة الناس؛ علاوةٌ
le‏ النقنيات SN‏ ففي عام 14٠٠‏ » كان متوسط العمر
المتوقع للفرد Gle EV‏ . إلا أن هذا الرقم اتخذ منحى تصاعديا إلى
أن بلغ ۷۷ سنة عام ۲٠٠١‏ . ولعل القرن العشرين جدير بأن يسمى

بحق قرن نوعية الحياة. في هذه الدراسة» سنوجز التقنيات الرئيسية التي ظهرت إلى
حيز الوجود خلال القرن العشرين» بما في ذلك التقئيات التي أسهمت في تحسين الموارد
والبنية التحتية؛ مثل: الكهرباء والطاقة» والإنارة» والنقل. إضافة إلى ذلك»
سنلخص الإنجازات التى تحققت في مجال تقنيات الخدمات؛ مثل cole hall:‏
والاتصالات› والغذاى aso‏ بعدئذ» سنعرض المواد الجديدة المبتكرة التي
نهضت بدور جعل الكثير من التقنيات المتقدّمة ممكنا. وفي آخر المطاف» سنلقي نظرة
على المستقبل عبر التعمّق في تكنولوجيا التانو» التي ظهرت إلى حيز الوجود في العقد
الأخير من القرن» والتي توسم بأنها ستشكل قاعدة الانطلاق للتكنولوجيا الراهنة إلى
القرن المقبل .

تكنولوجيا الموارد
فى هذا الجزء من الدراسة» نركز على تقنيات الموارد؛ مثل: الكهرباء» والطاقة؛
والإنارة» والتقل .

الكهرية والكهرياء

لقد فتح اختراع الكهرباء الباب على مصراعيه للتقدم والابتكار . وغدت الطاقة
الكهربائية في مُستهل القرن العشرين القوة المحركة للعالم الحديث . واليوم تحافظ
الكهرباء على المصانع tille‏ هذا إضافة إلى صناعة الاتصالات» والأجهزة المنزلية»
والمعدات التي Lad‏ حياة الناس في المستشفيات. وبطرق شتى» يسهم الحصول على
الكهرباء في الحفاظ على رفاء بلايين البشر في أرجاء الكرة الأرضية .

الطاقة والإنارة
تقنيات اليترول واليتروكيميائيات؛ التقنيات النوويّة؛ الخلايا الضوئية الكهربائية

أصبح النفط مصدر الطاقة الأساسي بلا منازع في القرن العشرين . فقد CAPR‏

٠

أ.د . مثير نأيقة

المشتقات الناتجة عن تكرير النفط السيارات» والطائرات والمعدات الزراعية» والآلات
الصناعية . وإضافة إلى ba‏ شهد القرن ظهور الطاقة النووية» والمحطات النووية
لتوليد الكهرباء» وتكنولوجيا الخلايا الضوئية الكهربائية» التي تُحيل ضوء الشمس إلى
كهرباء . وتبلغ كفاءة LAH‏ التجارية VY‏ بالمئة أو أكثر . غير أن الكفاءة قد تصل CL‏
ALYY Ui‏ والبحث جار JU‏ على قدم وساق في مجال الخلايا الضوئية
الكهربائية ؛ مع التركيز على تطوير تشكيلات أكثر فاعليّة» وعلى المواد الجديدة»
والأفكار المبتكرة في تكنولوجيا الثانو» من أجل تحسين الكفاءة» وخفض ASS‏
وإطالة العمر الزمني للخلايا.

يمكن القول إن الحاجة إلى الإنارة أسفرت عن تطوير الكثير من التقنيات.
وللسنوات المئة والخمسين alll‏ اقتصرت تقنيات الإنارة في الأساس على استخدام
المصابيح المتوهجة والمصابيح الفلورية. وفي تلك الأثناء» برزت تقنيات مشتقة» مثل
مصابيح التفر يغ العالية !)#42 os . High Intensity Discharge Lamps‏ الكفاءة لم
تتجاوز Yo‏ بالمئة GY‏ من تلك التقنيات . وهنا يجدر التذكير OL‏ كفاءة الإنارة باستخدام
المصابيح المدوهجة تقل عن ؟ بالمئة؛ ما يعني OF‏ ما يربو على ۹۸ LAL‏ من الطاقة
الكهربائية المستخدمة في الإنارة abe‏ على شكل حرارة! ومع اختراع الثنائيات التجارية
الباعثة للضوء في ستينيات القرن» يتحول الانتباه الآن إلى الإنارة باستخدام الثنائيات
الباعئة للضوء في الحالة الصلبة. وعلى العكس من الإنارة التقليدية» تستهلك
الثنائيات الباعثة للضوء طاقة كهربائية أقل» وتتجنب إلى حد كبير EL JE‏ الضارة»
المصاحبة لاستخدام سابقاتها من المصابيح ؛ مثل الحرارة .

Jadi

السيارات؛ الطائرات؛ المركبات الفضائية؛ الطرق السريعة

احترعت السيارة؛ فأحرجت العربات التي تجرّها الخيول من الخدمة . وفي وقت
قصيره انتشرت العربات والشاحنات ذات المحرك في كل مكان. وبعد ذلك» جاء

اختراع الطائرة؛ فقد استغرقت «الرحلة الجوية» الأولى اثنتي عشرة ثانية» وحدلت
رجلاً fol‏ مسافة مثة وعشرين قدمًا . واليوم» تنطلق رحلات الطيران التجارية بلا
codi g‏ ومنها ما يستغرق خمس عشرة ساعة؛ حاملة مئات المسافرين لمسافات تصل
إلى نصف محيط الكرة الأرضية. وفي عام ۷١1۹ء‏ أطلق LEYI‏ السوقييتي السابق
Ul‏ مركبة فضائية على الإطلاق . ومع الحاجة المتنامية لنقل البضائع والغذاء
والأشخاصء انتشرت شبكات الطرق البرية السريعة في شتى أرجاء المعمورة.

تكنولوجيا الخدمات

تكنولوجيا المعلومات؛ خدمات الصنحة والغذاء

الإلكترونيات؛ الحواسيب والحواسيب الفائقة؛ الرادار؛ الراديو والتلفاز؛ الهاتف؛

الإنترنت؛ الليزر؛ الألياف الضوئيّة

في أواسط عام ۸٤۱۹ء RD‏ الترانزستور ‏ العمود الفقري للإلكترونيات الحديثة -
للجمهور. وقد عرض للمرة الأولى في مختبرات يل BELL‏ للهاتف . إن الترانزستور
الذي حل محل الصمام الإلكتروني المفرغ » الذي كان يشغل حيرا es‏ أذى إلى تثوير
عالمنا اليوم بتوفير الإمكانية لتصغير أحجام الأجهزة الإلكترونية . Si,‏ أن اختراع
الترانزستور خلق صناعة ببضعة بلايين من الدولارات» كانت سببًا في إنتاج أجهزة
شائعة؛ مثل : راديو الجيّب» والراديو المحمولء والآلة الحاسبة:؛ والحاسوب»
والتلفازء والألعاب الإلكترونية.

لقد ظهر أول حاسوب صغير في العالم في أوائل سبعينيات القرن؛ وكان اسمه
«النّسر الطائر * (AA‏ وكان معدا لمنافسة النماذج التجارية في ذلك الوقت. وخصص
له آنذاك غلاف إصدار كانون الثاني/ يناير ۱۹۷١‏ من مجلة الإلكترونيات الشائعة
t Popular Electronics‏ وعرض بكامل أجزائه بسعر ۳۹۷ دولارًا. والجدير بالذكر
أن ذلك الحاسوب كان بدائيمًا؛ فكانت برمجته تنجز باستخدام عدد من مفاتيح التبديل
اليدوية. أما ذاكرته المتواضعة» فلم تتعد TOT‏ بايت من البيانات؛ كما اتخذت

أ.د. منير نايقة

مخرجاته شكل bul‏ من الأضواء المتوهجة. وبالرغم من caza‏ فقد استهل ثورة

يرجع تاريخ الحواسيب الحديثة إلى الفترة الواقعة بين عامي ١95٠‏ و940١‏ . وكان
حجم أحد الحواسيب الإلكترونية المبكرة بحجم غرفة كبيرة. أما حاسوب اليوم»
فيحتل حيرا صغير؛ في الوقت الذي يعمل فيه بسرعة تفوق سرعة أسلافه بملايين أو
حتى بلايين المرات . وتنتشر الحواسيب الشخصية حولنا هنا وهناك. ad y‏ حواسيب
مُدمجة صغيرة نجدها في معدّات مختلفة؛ مغل : الطائرات المقاتلة والروابيط [جمع
رابوط] الصناعية» والمصورات الرقمية» وألعاب الأطفال. وأما الحواسيب الفائقة»
فقد أدخلت في الاستخدام في ستينيات القرن العشرين . وصمّمت بصورة أساسية

علي يدي سيمور كري Seymour Cray‏ في مؤسسة سي دي سي CDC‏ والحاسوب
الفائق حاسوب يأتي في المقدّمة من حيث سرعة الحساب . ويعد الحاسوب «رود رر
Roadrunner‏ من شركة آي بي إم «BM‏ الموجود في المختبر الوطني في لوس
ألاموس» أسرع الحواسيب الفائقة في العالم Oe‏

في كانون الثاني/ يناير ٦۱۹۸ء‏ أطلقت مؤسسة العلوم الوطنية 257 في الولايات
os c M oed‏ امو 381 E esl sl‏ ومول ية اة يدرف
أحدها باسم المركز الوطني لتطبيقات الحوسبة الفائقة NCSA‏ في جامعة إيلينوي . وهذا
المركز مدعوم من كل من : مؤسسة العلوم الوطنية» وحكومة ولاية إيلينوي» وجامعة
إيلينوي» وشركاء صناعيين» ووكالات اتحادية أخرى. وفي الوقت الراهن» يعمل
المركز على تشغيل بعض الحواسيب الفائقة الأكثر فاعلية في العالم؛ إضافة إلى تطوير
البرمجيات اللازمة لاستخدام هذه الأنظمة بكفاءة. ويتبوأ وام iCal‏ على الكو
العالمي في نشر موارد حوسبة قوية عالية الأداءء وفي العمل مع مجتمعات البحث
لتطوير تقنيات حوسبة وبرمجة جديدة. وقد اختير المركز وشركاؤه من جانب مؤسسة
العلوم الوطنية لبناء نظام حوسبة مستدام ونشره» أطلق عليه اسم «المياه الزرقاء» .
وينتظر أن يكون في متناول مجتمع البحث الوطني عام 5011 .

د ت

من ناحية أخرى» كان للاتصالات نصيب من التطور في القرن العشرين . فقد
عرض جهاز الراديو في نيويورك عام AGG‏ بصفته e VE‏ جدیدا للاتصال يرتكز
على الموجات الكهْرمغناطيسية الراديوية» التي تنقل المعلومات بسرعة الضوء. أما
الرادار نظام كشف الطائرات وتعيين مواقعها بالموجات الراديوية ‏ فاخترع في بريطانيا
عام 1915 . وأما الهاتف» فكان اخترعه ألكساندر غراهام بل عام 1۸۷۷ . وبعد ذلك
بوقت قصيرء بلغت كُبول [جمع كبْل] الهاتف المساكن الخاصة والمنازل الريفية
والمحلآت التجارية والمصانع. . . إلخ. من جهة أحرى» عرض سلف الإنترنت-
Ege cab MI‏ عقد في فندق هيلتون/ واشنطن عام ۱۹۷١‏ . وكان هذا عبارة عن
نظام ربط حاسوبي. ويذكر أن تلك الشبكة طوّرت برعاية عسكرية لمساعدة علماء
الحاسوب في تبادل المعلومات» وتمكينهم من الربط بين الأجهزة البعيدة عن بعضها
Cee‏ وأحدث ذلك العرض ثورة» سرعان ما تحولت إلى نظام الربط الحاسوبي غير
العسكري؛ الإنترنت .

بعد الليزر والألياف الضوئية Gi‏ الاختراعات. وهذا_ من دون Sal‏ شك اختراق
ملموس في الاتصالات» وفي مجموعة متنوعة من الصناعات . das‏ أن às‏
الإلكترونات خلال أسلاك نحاسية أو كبول محورية لنقل الرسائل إلى مسافات بعيدة»
يستخدم ضوء الليزر الذي ينتقل خلال ألياف زجاجية .

ويتعيّن أن تكون الألياف ذات نوعيّة ممنازة للغاية» وأن تكون رفيعة جدا؛ بحيث
يكون قطرها بضعة ميكرونات. أما جهاز الليزر المستخدم» فهو ليزر شبه موصل يولد
شعاعًا متّصلافي نطاق الأشعة تحت الحمراء» ويعمل في درجة حرارة الغرفة مات
الساعات أو Les YI‏ دوا lbs‏ وقد ley‏ أجهدة اللنزر قل قات أخرى في
المّناعات كلها تقريبًا. ففي التصنيع » تستخدم أجهزة ليزر صناعية من النوع المعروف
بليزر ثاني أكسيد الكربون» تود أشعة تحت حمراء لقص المعادن ومعالجتها حرارياء
وتشذيب UU‏ الحاسوبية» وحفر ثقوب دقيقة في الخزف القاسي» والتسلل
بصمت خلال النسيج» وإحداث الثقوب في حَلّمات زجاجات إرضاع الأطفال. TTE‏
صناعة الإنشاءات» يستفاد من أشعة الليزر الضيّقة المستقيمة في التوجيه» لضبط الأمور

BE

أ.د.متير نايفة

في تطبيقات لا Lam‏ لهاء تشمل : مد الأنابيب» وحفر GY‏ وتدريج الأرض»
وضبط المباني . وفي الطب» يُمكن لليزر أن يطلق حرارة شديدة نظيفة ومحددة إلى بقّع
منتقاة؛ الأمر الذي يكن من إجراء الكثير من التطبيقات الجراحية . فعلى سبيل المثال»
لحم القرنيّات المنزوعة في مواضعها ثانية باستخدام ليزر الآرغون ذي الضوء
الأخضرء الذي ير بأمان خلال الجرء المركزي من العين؛ لكته e‏ من النسيج الغني
بالدّم في الخلف . كذلك» يستخدم الليزر في الطب لإحداث عمليات القطع
الجراحية ؛ وفي الوقت ذاته» لكي الأوعية الدمويّة لتقليل النزف . كما يسمح للأطباء
بإجراء جراحات IL‏ الإتقان في الدماغ أوالأذن الداخلية .

من ناحية أخرى» غزا الليزر الكثير من الأجهزة اليومية . فعلى سبيل المثال» نقرأ في
الأقراص المدمجة» أو أجهزة أقراص القيديىء المحتويات الرقمية لقرص يدور بسرعة
كبيرة عن طريق ارتداد ضوء الليزر من الاختلالات الصغيرة جذا» المطبوعة على سطح
القرص . كما تعمل أجهزة تسجيل أسعار السّلع في المحلآت التجارية بالمبدأ نفسه؛ إذ
يطلق الجهاز شعاعًا ليزريًا على نط مطبوع من الخطوط والفراغات» لاستخراج
معلومات عن سعر السلعة المشتراة» ومتابعة جرد السلع . ويمكن لأجهزة الليزر النبضية
أن تولّد نبضات قصيرة جداء لا يتعدى طول إحداها بضع فيمتوثوان» لتجمد بصريمًا
حركات الجزيئات التي تحدث بسرعة البرق في التفاعلات الكيميائية ؛ مثلما عرض
حامل جائزة نوبل» العالم أحمد زويل . ومن الممكن أن تُشكل يومًا نبضات الليزر
الفائقة القوّة مقداحًا Cte‏ للاندماج النووي المتحكّم فيه ؛ تلك العملية النووية الحرارية
EUER‏

الغذاء والصحة

إمدادات المياه وتوزيعها؛ المكننة Lely st‏ تكييف الهواء والتبريد؛ الأجهزة
المنزلية؛ التقئيات الصحية؛ التصوير

co je‏ تقنيات lS‏ مصادر المياه في خواتيم القرن التاسع عشر وبدايات القرن

Ni

eea‏ س
العشرين. وفي عام 14s ١4‏ بات أشغال المياه في مدينة جيرسي أول نظام في
الولايات المتحدة يمارس الكَلْوَرَة على نطاق واسع وعلى أساس دائم ad yd ys‏
سويّة وضع أنظمة التزويد بالمياه بشكل هائل» وفذّل إلى ee‏
التي تهدد الصحة العامة . وتستخدم الكلورة بهدف التعقيم» « الذي يقتل بدوره أو
يعطل الكائنات الدقيقة الغمّارّة التي قد تسبّب أمراضا؛ مثل : : التيفوئيدء والكوليراء
والتهاب الكبدء والإسهالات المعوية. وفي بعض الأحيان» تستخدم أنظمة المياه
الكلورة بهدف التحكم بالطعم والرائحة؛ وإزالة الحديد والمنغنيز؛ ووقف النموات
المؤذية في الآبارء وأنابيب colli‏ ومرافق التخزين» والقنوات .

ol‏ مكننة الزراعة وأتمتتها من الطرق المباشرة الموصلة إلى زيادة فاعلية الإنتاج وجودة
المنتجات الرّراعية؛ وذلك من خلال خفض الكلفة والمتطلبات من الأيدي العاملة» مع
تحسين بيئة العمل . وبالرغم من D‏ مكننة الزراعة وأتمتتها ‏ با في ذلك نظام الري- قد
تكون شهدت بداياتها في القرن التاسع عشر» فما زال العمل فيها مستمرآ. على صعيد
آخرء أصبح حفظ الغذاء والشلاجات المنزلية أو تلك التي تستخدم في أثناء النقل أو
في المستودعات الوطنية» من أهم نعم الله على بني البشر .

لقد شهد القرن العشرون تشكيلة واسعة ومتنوعة من الإنجازات على صعيد
التشخيص t‏ والمواد الصيدلانية» والأجهزة الطبيةء والأشكال الأخرى من الرعاية
الصحية. فلا عجبء إِذَّاء أته» في عام ١٠۹٠ء‏ كان متوسط العمر المتوقع للإنسان
£V‏ سنة؛ لكنه اقترب من VY‏ سنة في عام ۲٠٠٠١‏ .

والجدير بالذكر Sl‏ هذه الزيادة» التي قاربت الشلاثين سنة» كانت بفعل عدد من
العوامل» من بينها تلك الإنجازات الطبية؛ إضافة إلى خلق مصادر مياه أمنة. أما
التصويرء فقد شهدت تقنياته صعودا هائلاً سواء في مجال الطب أو تحليل المواد؛
وبرزت أنواع جديدة من المجاهر والمقاريب . . وقد وجدنا أنفسنا في القرن العشرين
نتتقل من المقراب الضوئي والمجهر الضوئي ؛ إلى المجهر الضوني المتقام الماسح للمجال
القريب» والأشعة السينية» والرنين المغناطيسي» والموجات فوق الصوتية» والمجهر

iir

الإلكتروني» ومجهر المسح النفقي » ومجهر القوة الذرية. وتبلغ الأنواع المتقدمة من
هذه التقنيات من الكفاءة ما ينها من رصد ذرة مفردة .

تكنولوجيا المواد العالية الأداء

انّسم القرن العشرون بانفجار معرفي في بحوث المواد. وبلغت تلك البحوث PSP‏
من خلال عدد لا يُحصى من المواد المفيدة» غير المتوافرة في الطبيعة بصورة اعتيادية.
والشواهد على تلك الثورة في علوم المواد وهندستها كثيرة؛ لعل أبرزها تلك المستخدمة
فى السيارات» والطائرات» والأدوات الرياضية» وناطحات cos‏ والملابس
pais vl‏ والحواسيب» وعدد كبير من الأجهزة الإلكتروئية. .

sight‏ غير التقليدية

نذكر فيما يأتى بعض أبرز تلك المواد: الباكلايت» ومواد التقسية» والپيركس»›
والفولاذ ا لاوم للصدأً الذي أعيد اكتشافه؛ والمطاط الاصطناعي» والألياف
الزجاجية» والبولي إثيلين» والتايلون» والبلاستيك القوي الشفاف»› والتفلون»
والسبائك الفائقة التي أساسها النيكل» والمغانط الخزفية» وتيتانات الباريوم» ومواد
ate‏ أوعية حفظ الطعام» والسيليكون» والزجاج المستخدم في الخزفيات المطحونة
على شكل حبيبات ناعمة» والداکرون»› والبولي إثيلين العالي الكثافة» والزيولايت
الاصطناعي» والألماس الاصطناعي» والبولي يروبيلين ذو الوزن الجزيئي العالي»
والزجاج العائم» والبلورات السيليكونية المفردة الضخمة» وسبائك النيكل ‏ التيتينيوم »
والطلاءات الأكريلية» وألياف الكربون» والسبائك المعدنية غير المتبلرة» والمبلمرات
العضوية الموصلة للكهرباء» والمعادن الأرضية النادرة» والجلد الاصطناعي» ومواد
الثاني l‏

وتجدر الإشارة إلى أن عددًا من هذه المواد وجد استخدامات في المطابخ بشكل
خاص؛ ومنها: البيركس» والتفلون» ومواد ano‏ أوعية حفظ الطعام» والفولاذ
المقاوم للصدأء والسيليكون.

11۳

—————————————— ——

السبائك المعدنية

عرف الإنسان كيف يصنع الفولاذ بكميات ضخمة . وها هي مصانع الفولاذ تنتج
ملايين الأطنان منه كل عام لتستخدم في الهياكل البنيوية للجسور وناطحات
السحاب» ومسارات السكك الحديدية الممتدّة على هيئة شبكات» والدعامات
واللوحات المستخدمة في هياكل السفن البخارية؛ إضافة إلى تشكيلة واسعة من
التطبيقات التي تمد من عبوات الغذاء إلى إشارات المرور على الطرقات . ومازال
الفولاذ العالي الأداء متفوقًا على سواه من tal sll‏ من حيث تعدّد الاستخدامات»
وحجم الإنتاج . وتصنع مئات السبائك من خلال إضافة الكروم أو النيكل أو ا منغنيز أو
الموليبدنوم أو القانيديوم أو المعادن الأخرى إلى القاعدة الأساسية من الفولاذ» المكونة
من الحديد الذي تضاف إليه كمية صغيرة ‏ لكن حرجة_من الكربون . ويكون بعض
هذه السبائك بالغ القوة ة أو شديد الصلابة ؛ في حين يكون بعضها الآخر عدي التأثر
بالصدأ تقريبًا. وفي الوقت الذي يستطيع فيه بعض هذه السبائك مقاومة اللي المستمر»
فإن بعضها الآخر يمتلك صفات كهربائية أو مغناطيسية مرغوبا فيها. ومن الممكن إنتاج
بن مجهرية (ميكروية) متنوعة من خلال معالجة المعادن بطرق شتى
I‏ في سنة 21407 RS‏ سبيكة من الألمنيوم وكمية صغيرة من النحاس إلى درجة
خزازة عالية n‏ بردت We pny‏ . في البداية» كان الألمنيوم أكثر ليونةً حتى من ذي قبل ؛
لكنه في غضون أيام ة قليلة أصبح قويا بشكل ملموس»: Jari‏ تشع s clue‏
tts‏ بالنحاس أدت إلى تقسية السبيكة . وباتت هذه المادّة الخفيفة الوزن ذات قيمة لا
تقدّر في الملاحة الجوية وتطبيقات النقل الأخرى

لقد عل التيتينيوم للمرة الأولى عام ١49١‏ ؛ لكنّ إنتاجه بكميات مهمّة لم Sion‏
قبل الخمسينيات . وهو لا يتميّز DLL‏ ومقاومة التآكل حسب؛ Lally‏ يمكنه أيضا تحمل
الحرارة الشديدة . وهذه المتطلبات أساسية لأسطح الطائرات التي تفوق سرعتها سرعة
الصوت مرات عدة . لكن Go‏ التيتينيوم لا يمكنه تحمل الظروف داخل توربينة محرك
نقّاث ؛ حيث يمكن أن تتجاوز درجة الحرارة Ye‏ ف . لذلك» Op‏ شفرات التوربينة
تُصنع من مواد أساسها النيكل أو الكوبالت» تسمى السبائك الفائقة؛ وتظل صامدة في

Wve

الحرارة الشديدة وهى تدور بسرعات هائلة. ولضمان أن لها أكبر مقاومة EKE‏ للتشوه
بفعل الحرارة الشديدة» فإن الأنواع المتقدّمة من تلك الشفرات تنمى من المعدن المنصهر
على شكل بلورات مفردة في قوالب خزفية .

ARERI
لقد أحرزت مكاسب كبيرة فيما يتعلق بالأداء من خلال استخدام صنف من المواد‎
التي تعرف بالواد امولفة . وهنا يعرز نوع واحد من المواد بجسيمات أو ألياف أو صفائح‎
من مادة أخرى. ومن أوائل ا مواد المولفة المهندّسة: الرجاج الليفي الذي طور في‎
القرن العشرين . وتصنع هذه المادّة من ألياف زجاجية» تُغْمّر في مصفوفة‎ LIU
يوليمرية . وقد وجدت استخدامات في بناء الألواح» وأحواض الاستحمام» وأجسام‎
ا‎ ecol ذلك‎ s. القوارب؛ إضافة إلى الكثير من المنتتجات البحرية الأخرى‎
. الكثير من المعادن والوليمرات والمواد الخزفية» بوصفها مصفوفات ومعززات معا‎
ففي ستينيات القرن العشرين» بدأ سلاح ا جو في الولايات المتحدة الأمريكية البحث‎
تتفوق على الألمنيوم لصنع بعض أجزاء الطائرات . ووجد أن البورون يمتلك‎ L عن‎
الخصائص المرغوب فيها من الخفة والقوة ؛ غير أنّ تشكيله لم يكن سهلاً. وكان الحل‎
توضع‎ od . . في تحويله إلى ألياف يجري تمريرها خلال سلاسل من أشرطة الإيب وكسي‎
على مواد صلبة قوية خفيفة‎ Las الأشرطة في قالب وتتعرض للحرارة والضغط»‎
وبالرغم من‎ . ١ 5 ف‎ SUJI لصناعة قسم من ذيل الطائرة المقاتلة‎ - Meee الوزن» تصلح‎
البورون ذات كلفة مرتفعة» جعلتها لا تجد استخدامات‎ GUT أناقة الحل» فقد كانت‎
واسعة» وسلّطت الضوء على إشكالية ثنائية الكلفة والأداء التي تتحكم بتطبيقات‎

المواد.

والجدير بالإشارة أله جرى تقوية الكثير من المواد المولّفة باستخدام ألياف الغرافيت .
فقد كانت تُغمر في مصغوفة من الغرافيت لإنتاج مادة عالية المقاومة للحرارة» تصنع
منها_ على سبيل JEM‏ بطانات مكابح الطائرات . وعند استخدام مصفوفة من
ab Fs‏ المادة الناتجة في صنع مقابض مضارب الغولف» أو هياكل

110

1 ا ا
مضارب التنس الأرضي. Oty‏ مواد مولّفة أخرى يكثر استخدامها في عالم الرياضة .
فمثلاً» يمكن تعزيز أحذية التزلج بألياف من الكقلار. كما تُصنع المقابض اليدوية
لبعض دراجات السباق الهوائية الخفيفة الوزن من الألمنيوم المسلّح بجسيمات أكسيد
الألنيوم. وتجد المواد المولفة من مصفوفات الخزف استخدامات في بيئات غير ودية
متنوعة » تتراوح من الفضاء الخارجي إلى داخل محرك السيارة .

Mali‏ المطمّمة: التحكم بالتوليف

يرجم te‏ من النّجاحات المرتبطة بالابتكارات في مجال المواد إلى دقة التحكم بها
من الخارج . وهذه هي الحال في عالم الإلكترونيات المدهش» القائم على توليفات من
المعادن وأشباه الموصللات والأكاسيد بأبعاد هندسية صغيرة جدا. ومن الأمثلة على
ذلك : رقاقات الحواسيب أو أجهزة عرض الأقراص المدمجة بحجم إظفر الإصبع ؛
وأجهزة الليزر الدقيقة والألياف الضوئية التي تشبه الخيوط في شبكات الاتصالات»
والجسيمات المغناطيسية المنتشرة على الأقراص والأسطح الأخرى لتسجيل البيانات
الرقمية . على سبيل المثال» تبدأ صناعة الترانزستور بإنماء بلورات خالية من العيوب من
السيليكون؛ إذ تعتمد الخصائص الكهربائية لأشباه الموصلات على إضافة كميات
ضئيلة من الشوائب» لا gas‏ في بعض OLAV‏ ذرة واحدة لكل مليون ذرة» PPP‏
أقل من ذلك» وعلى اختلالات دقيقة في بنيتها البلورية . وعلى نحو «Ut‏ تتكون
الألياف الضرئية من زجاج السيليكا النقي للغاية؛ لدرجة أنه لو كان المحيط الهادئ
مصنوعا من المادة نفسهاء BU Kad‏ من السطح أن يرى Uo‏ عناء التفصيلات في
قاع المحيط على بعد أميال . وهذه المادّة أحدثت تحوّلات في حياتنا؛ مثلما فعل SY sill‏
من قبل . كما تعد الهندسة على المستوى الجزيئي للمادة بالمزيد من هذا القبيل .

أوجه التقدم الحديثة في التكنولوجيا

se ob ۱۹1٩ غوردون مورء الرائد في مجال أشباه الموصلات»؛ عام‎ LS

الترانزستورات على BU)‏ حاسوب سيتضاعف كل عام . ويعرف ذلك OV‏ بقانون

yyy

أ.د . مئير aab‏

مور؛ وقد ثبتت دقته إلى حد كبير. ويتضاعف عدد الترانزستورات وسرعة الحساب
في المعالجات الدقيقة Clo‏ كل get VA‏ على وجه التقريب. وتستمر الترانزستورات
في ali‏ من حيث الحجم إلى مقاس نانوي؛ فضلاً عن آنها تصبح بمرور الزمن أسرع
وأرخص وأكثر تنوعًا. وتتركز البحوث اليوم على زيادة سرعة الحواسيب وسعتها
بشكل أساسي؛ من خلال تطوير تكنولوجيا الدارات المتكاملة وإيجاد عناصر تبديل
أسرع. وقد Le yb‏ يُعرف بالدارات المتكاملة ذات مستوى التكثيف العالي جد
VLSI‏ « التي تحتوي الواحدة منها على بضع مئات من الألوف من العناصر الإلكترونية
على رقاقة مفردة . كما co job‏ حواسيب ذات سرعة عالية جداء يمكن فيها الاستعاضة
عن الدارات الفائقة الموصليّة باستخدام وصلات جوزيفسون» وتعمل عند درجات
حرارة قريبة من الصفر المطلق . .

لقد Ls‏ التطور في مجال الدارات المتكاملة في تثوير ميادين عدة» على رأسها:
الاتصالات» وتداول المعلومات» والحوسبة. وتعمل الدارات المتكاملة على تقليل
أحجام الأجهزة وخفض تكاليف التصنيع والأنظمة؛ SEB ye‏ الوقت نفسه» سرعة
عالية وموثوقية كبيرة. وهذه مكّنت بدورها إلى جانب التقدم في العلوم الطبيعية
وعلوم الحياة من الحصول على تقنيات متقدمة متنوعة في ميادين الصحة والغذاءء
والطاقة والإنارة» والمياه والبيئة» والمواد. ونورد فيما يأتي بعض الأمثلة .

الأدوات الرقمية

الساعات الرّقمية» والحواسيب المحمولة» والألعاب الإلكترونية» هي من بين
الأنظمة التي تقوم على استخدام المعالجات الدقيقة . وتشمل التطورات الأخرى رقمنة
الإشارات المسموعة؛ فيُرمّز تردد الإشارة واتساعها aby‏ وتبدي التسجيلات
الموسيقية الرقمية وضوحًا أكبر» لا يكن الحصول عليه باستخدام طرق التسجيل
]355503 وقد دخلت أجهزة استرجاع التسجيلات الرقميّة السوق المنزلية . ويمكن
للتخزين الرقمي أيضًا أن يشكل الأساس لأنظمة الشيديو المنزلية» ويغير بصورة

1¥

جوهرية أنظمة التخزين المكتبية؛ OY‏ كما أكبر من المعلومات يكن تخزينه على قرص
لاسترجاعه على شاشة تلفازية صغيرة .

بينية الحاسوب ‏ الإنسان
من المتوقع أن 7 تصبح الحواسيب أكثر pd oly GAE‏ أسهل استخدامًا E ae‏
الحاسوب في تشغيله من التمييز الموثوق للكلام ؛ ما يجعل التشغيل أسهل . إن
تكنولوجيا التفاعل مع الحاسوب باستخدام حواس الإنسان كلهاء التي توسم بها واقع
افتراضي» من شأنها أن تسهم Cal‏ في تطوير بينيات أفضل تربط بين الحاسوب
والإنسان. ويجري Cli‏ تطوير معايير للّغات برنامج الواقع الافتراضي, المسمّاة
lad‏ النمذجة للواقع الافتراضي .2197/8041 للونترنت على مستوى العالم .

أمن الحاسوب

تستمر الحواسيب في كسب المزيد من القوة والتنوع . وليس من الصعب أبدا أن
يدرك المرء أن الحواسيب تسهل Chm‏ الحياة اليومية لبني البشر. ولسوء الحظء فكلما
اسع نطاق استخدام الحاسوب» ازدادت فرص إساءة استخدامه . ويتنامى Cage‏ بعد يوم
عدد قراصنة الحاسوب . ويصل هؤلاء الأشخاص بطريقة غير مشروعة إلى أنظمة
الحاسوب» ويخترقون خصوصية أصحابها؛ فيعبثون بالسجلات أو يخربونها. ويحقن
القراصنة شبكات الحاسوب ببرامج تسمى الفيروسات أو الديدان. ويمكن لهذه البرامج
الدخيلة أن تنسخ نفسهاء وتنتشر من حاسوب إلى آخر؛ فتعمل على محو المعلومات
أو تعطيل الحواسيب. وثمة أشخاص آخرون يستخدمون الحواسيب ليختلسوا
إلكترونيا الأموال» ويضيفوها إلى أرصدتهم . ونتيجة لذلك» فقد أصبح تنظيم المادة
على الإنترنت عبر العالم مسألة أخلاقية يتعين حلّها. ويعمل الأفراد والشركات
والحكومات جنبًا إلى جنب لحل المشكلات المشار إليها. ومن بين الوسائل التي يركز
عليها في هذا الإطار e E Ma‏ ناوي a‏
التشريعات الناظمة .

A

أ .د . منير نايفة

الرؤية الحاسوبية

تعد الرؤية الحاسوبية فَرَعا من الذكاء الاصطناعي . وتهدف إلى تزويد الحواسيب
بوظائف تشبه الإبصار في الإنسان. فعلى سبيل المثال» مككنت الرؤية الحاسوبية من
القيام بتطبيقات مهمة متنوعة؛ مثل : x MI‏ الصناعية» والإنسان الآلي؛ والطب
a Tay cg ped‏ كن Jie NL eL‏ الاما (السوائل)» وني عجان
الأتمنة الصناعية وحده» تشمل تطبيقات الرؤية الحاسوبية توجيه الروابيط ؛ لتلتقط بدقة
الأجزاء المصنعة وتضعها في أماكنها الصحيحة. أضف إلى ذلك الفحوصات غير
الإتلافية المتعلقة بالحودة والسلامة» والقياسات المباشرة باستخدام الحاسوب .

نظام الموقع الجغرافي ونظام المعلومات الجغرافي GPS/GIS‏

Og Mg جمع البيانات الميدانية يطرح مشكلات صعبة لراسمي الخرائط‎ by
الحجمء‎ REI RINT والمهندسين والياحتين ؛ لأن الأدوات المستخدمة‎
وثقيلة الوزن» ومرتفعة الكلفة» وصعبة التعلّم. وحديئًا» شهدنا بعض التقدم في‎
تكنولوجيا نظام الموقع الجغرافي (المستقبلات)» والمُعَدَات الحاسوبية الخاصة بجمع‎
البيانات» والبرمجيات المرتبطة بجمع البيانات الميدانية . فقد ازدادت دقة نظم الموقع‎
الجغرافي المستقلة : وأصبحت معدّات جمع البيانات أصغر حجما وأخف وزنًا وأقل‎
وتوافرت معينات المدى اللبزرية‎ Cs كلفة . كما عدت البرمجيّات أرخص وأسهل‎
بأسعار منخفضة . ويمكن القول ]0 جميع أوجه التقدم هذه أسهمت في جعل مهمات‎
جمع البيانات لنظام الموقع الجغرافي ونظام المعلومات الجغرافي أسهل من ذي قبل ؛‎
. مثلما باتت أفضل من الناحية الافتصادية» وأصبحت تنجز بسرعة أكبر‎

تكنولوجيا الفراغ
تعد هذه التكنولوجيا أمرًا محوريًا للكثير من التقنيات والتطبيقات المتقدمة في
مجالات St‏ ؛ مثل : أشباه الموصلات والطبقات الرقيقة» والفضاء» والسطوح»

١15

والفيزياء» والصناعة . SSE Resin Holl elo Ap‏ الطواد
الغازي والطور الصّلب على النطاق الذري والجاهري. ومن بين أوجه التقدم التي
ظهرت أو نضجت منذ عام 195٠١‏ » شهدنا تطورات في معدات الفراغ والأجهزة
المرتبطة به؛ إلى جانب التصميم بمساعدة الحاسوب والهندسة . وقد أدت المضخات
الجافة» ومضخات الياه» ومضخات السحب السريعة» إلى تحسين مقاييس الضغط
الكلي والجزئي» وتصغيرها. ومن الأمثلة على الأجهزة في هذا المضمار: أجهزة رصد
الجسيمات في الموقع » وأجهزة كشف التسرب .

من ناحية أخرى» نضجت تطبيقات أخرى؛ مثل : استخدام محطات العمل»
وبرمجيات النمذجة الصلبة الثلاثية الأبعادء المرتكزة على الحراسيب الشخصية فى
التصميم الميكانيكي للأنظمة؛ إضافة إلى البرمجيات المستخدمة في غذجة تدفق الغازء
والتنبؤ بأداء أنظمة الفراغ .

تكنولوجيا الإطارات

لقد حدث تقدّم في مواد الإطارات» وبناهاء وتقنيات صنعها. وقاد هذا التقدّم إلى
cotes‏ أكثر فاعليةء وآقل كلفةء Cité ssl,‏ وظهرت أجيال جديدة من حشوات
التانو» والحشوات المعدلة السطح» والحشوات المعالجة بالبلازما؛ إضافة إلى مواد
التسليح» مثل الأراميد. وألياف الأراميد هي صنف من الألياف القوية المقاومة
للحرارة . ويكثر استخدامها في مجالات غزو ce all‏ والتطبيقات العسكرية؛ مثل :
صناعة الدروع الجسدية البالستية» أو بدلا من الأسيسبعوس؛ وهو مادة ia glia‏
للاحتراق.

الإلكترونيات الطبية
تقدمت الإلكترونيات الطبية من التصوير السطحى المحوري المحوسب بالأشعة
السينية» أو التصوير المقطعي باستخدام أجهزة المسح؛ إلى أنظمة باستطاعتها تمييز

أ. د . منير نايفة
أعضاء جسم الإنسان الدّموية» والجهاز التنفسي . من ناحية أخرىء يعد التلفاز ذو
الوضوح الفائق بالحلول محل الكثير من عمليات التصوير € EY‏ يلغي الحاجة إلى
الفضة .

o]‏ علاج السّرطان بالحرارة المفرطة في عمق الجسم؛ وكذلك أساليب العلاج
المبتكرة الموجّهة بالحرارة ‏ ومنها توجيه الأدوية إلى أهدافهاء والاعتماد على قدرة
الجينات على تعديل الكائن الحي ‏ تستفيد من التسخين الكهرمغناطيسي المتحكّم (heb‏
من دون استئصال في جذع المريض .

وقد أصبح da JE‏ بين العلاج بالحرارة وأنظمة الرنين المغناطيسي «Use‏ من أجل
مراقبة درجات الحرارة .

وتجدر الإشارة إلى أن التقدّم الحديث في تصوير قدرة الجينات على تعديل الكائن
eu‏ بالاستفادة من تقنيات التويدات المشعة في الكائنات الحية» مكن بدوره من
حصول تقدّم في تكنولوجيا تصوير النّدي. ويعكف الباحثون على استقصاء تشكيلة
من تقنيات التصوير» بوصفها أدوات لدراسة قدرة الجينات على تعديل الكائن الحي .
فمثلاً» IE‏ الخطوات المتعلقة بالنظائر ا موسومة Colas‏ والمعروفة باسم التصوير
السطحي المحوسب بالأشعة السينية لإشعاع co AMO gi La‏ والتصوير السطحي
بالأشعة السيئية لإشعاع الوزترون» اثنتين من التقنيات الأكبر أهمية في هذا المجال .
وتتّصف الأساليب المرتكزة على التويدات المشعة بحساسية مرتفعة نسبياء وقدرة تامة
على التصوير السطحي؛ إضافة إلى القدرة على توسيع التجارب المجراة على الحيوانات
الصغيرة مباشرة إلى تطبيقات على الإنسان. ومن الممكن تركيب مجسات أو متتبعات
موسومة إشعاعيًا لاستهداف جزيئات بعينها في خلايا سرطان الدي. cens‏ على
سبيل المثال: أجسام مضادة» أو ليغائدات» لاستهداف المستقبلات السطحية للخلايا؛
وركائز للإنزيات» الواقعة ضمن الخلايا؛ ومجسات نيوكليوتيدات أوليغو ‏ دي وكسي »›
التى تستهدف الحَمْض التّووي الرّايبوزي mRNA JU‏ والمستشعرات الخاصة
بالمستقبلات» الواقعة ضمن الخلايا؛ والمجسّات الخاصّة بالجينات» التي تُتقل إلى
الخلايا.

١

وبسبب مخاوف تتعلق بالسلامة بفعل الإشعاعء بدأ العلماء Jul‏ إلى علامات
بديلة؛ مثل العلامات المتوهجة شبه الموصلة البالغة الصّغرء ذات الحجم الثانومتري.

الجيئوميات

تقدّمت التكنولوجيا المرتبطة بِالْحَمْض النووي (الدنا (DNA‏ بصورة هائلة . وتأتي
AIL,‏ هذا الحمض في قلب المشروع الجينومي للإنسان؛ ذاك المشروع الذي يعد بتثوير
العلوم الطبية الحيوية» وعلاج أمراض البشر. dai,‏ حاجة لاختبار عينات أصغر فأصغر
من مواد حساسة بيولوجيًا . فعلى سبيل المغال» لمقارنة الحمض النووي من كائنات حية
مختلفة» يتبع العلماء عمومًا إجراءات تتكون من خطوات ثلاث . فهم يعزلون VT‏
هذا الحمض للحصول على عينة نقيّة منه. ومن ثم يستخدمون التفاعل المتسلسل
لتضخيم تعاقب صغير للحمض في حدود مليون مرة. وبذلك» يحصلون على نسخ
كافية من ذاك التعاقب الصغير € مهدين الطريق للخطوة الثالثة» التي تتمثّل في سلسلة
التعاقب الصغير للحمض وتحليله .

تُشير سَلْسَلَة الحمض النووي إلى طرق تحديد ترتيب قواعد النيوكليوتيدات»
والأدنين» والغوانين» والسيتوسين» والثيامين في جزيء واحد من الحمض . وقد
حصل على أول سلاسل الحمض في مطلع سبعينيات القرن باستخدام الكروماتوغرافيا
الثنائية الأبعاد. وفي عام ٩۱۹۷ء‏ كان أوّل جينوم حمض نووي كامل تجري CI‏
هو ذاك الذي يعود لآكل البكتيريا. وفي عام 1۹۷۷ء نشر الباحثان ألان ماكسام وولتر
غلبرت طريقة AID‏ الحمض عن طريق الانحلال الكيميائي . كما نشر فريدريك
افر a)‏ تدا طريقة الم براش ار كيب TRIP MESS,‏
C EU!‏ المستندة إلى استخدام الأصباغ مع تحليل أوتوماتي» فطورت فيما بعد؛ في
أواسط تسعيئيات القرن. وقد جعلت هذه الطرق عملية AOL‏ أسهل وأسرع .
والجدير بالذكر أنّ السرعة الكبيرة التى ميرت بها تقنيات السلسلة الحديثة كانت ذات
فائدة جمّة في توليد cu Se E‏ الكاملة للحمض النووي؛ لجينومات الإنسان»
col el,‏ والنبات» والميكروبات.

YY

أ. د . منير نايفة

رقع إعطاء الدواء عبر الجلد

تنامى عدد الأدوية » والطرق التي تعطى بها هذه الأدوية للمرضى» بصورة مثيرة
علوم tol ER‏ أوجه التقدم التي تحققت في هذا الميدان: تطوير أنظمة لإيصال
الدواء عبر ALL!‏ ويعكف المختصون على البحث عن طرق جديدة بإمكانها أن توصل
بفاعلية» ومن دون ألم» جزيئات أكبر بكميات علاجيّة ؛ من أجل التغلّب على
الصعوبات المرتبطة بإعطاء الأدوية عن طريق الفم . ويعرف نظام إعطاء الدواء عبر
ا جلد بأنّه النظام الذي يتحقّق فيه إيصال المكونات الفعالة من الدواء إلى الموضع الهدف
بواسطة الجلد. والأخير عبارة عن وسط an JES‏ منه الدواء» ليدخل إلى نظام
الدورة الدموية في الجسم . وتستخدم أنواع شتى من الرقع لإدخال المكونات الفعالة
للأدوية إلى نظام الدورة الدموية عبر الجلد. وقد أثبتت تلك الرقع فاعليتهاء Cs‏
تتمتع به من مزايا؛ مقارنة بأنظمة إيصال الدواء الأخرى .

تكنولوجيا الخلية المفردة والجزيء المفرد

تطلب التقدم في تكنولوجيا الطب الوقائي» التي تهدف إلى الكشف SM‏ عن
المرض وعلاجه قبل أن يستفحل » إجراء قياسات فائقة الحساسية على جزيئات الخلايا
أو الحمض النووي. وتجدر الإشارة إلى Of‏ ذلك كان المحرك للمزيد من التقدم في
جوانب مختلفة؛ مثل : البروتينات اللامعة» والفلوروفورات الصغيرة الجزيئات»
والعلامات شبه الموصلة المشعة في نطاق الثانو.

التطعيم الصناعي للعظام

تجرى US‏ نصف مليون عملية pb‏ فقرات» أو تطعيم عظام» سنوي في الولايات
المتحدة الأمريكية . وضمن هذه العمليات» تعد الخيارات المفضلة : زراعة نسيج عظمي
من جسم شخص في جسم آخر ؛ أو زراعة نسيج عظمي في جسم المريض» يؤخذ منه
هو. وما زالت التطورات في مجال المواد الحيوية تظهر بين الحين والآخر» نتيجة

1Y

للبحوث التي تتواصل للبحث عن مواد جديدة . ومن المواد التي أدخل استخدامها
حديئًا : مواد بديلة لتلك المستخدمة حاليًا في تقنيات تطعيم العظام . وتحتوي المواد
الجديدة على مركب تريكالسيوم فوسفات» وعلى مركب هيدرو كسي ctl‏ مستخرج
من مرجان البحر. |

التحكم بالخصوية

تتمثل القوة الدافعة الأساسية للبحوث الحالية» في مجال تكنولوجيا التحكم
با لخصوبة» في تحسين الوسائل المتوافرة حاليًا وتكييفها. وقد شهدت الوسائل غير
السريرية تحسينات Ghz‏ بالتغليف؛ واستخدام واقيات ذكرية ملونة ومشحمة؛
ومستحضرات رغوية مبيدة للجرائيم» وقاتلة للحيوانات المنوية . أما الوسائل السريرية
- التي تتضمن استخدام اللولب -فقد شهدت تطوير الغشاء البلاستيكي المطوي.
وهنالك Cal‏ طريقة المشبك والحلقة» التي تسمح بتعقيم الإناث بإدخال أداة تسمى
المجواف في رحم المرأة؛ من دون حاجة إلى دخول المستشفى . وتعد هذه الطريقة Cas‏
جيدا في عمليات تعقيم الإناث .

من ناحية أخرى» طُوْرت وسائل مبسطة غير كهربائية lk‏ الرّحم وتنظيم
الطمث» أدت إلى إتاحة أكبر لوسائل منع الحمل البعدية .

الاستنساخ

جرى تداول الاستنساخ لبضع سنوات؛ ولكنّه لم يَحْظ باعتراف الجمهور إلا منذ
وقت قريب . us,‏ استنساخ الحيوانات وسيلة للتكاثر غير الجنسي؛ fa)‏ خلية
مفردة للحصول على حيوان مطابق جيني للحيوان الذي أخذت منه الخلية . ومن
حيث المبدأء فإن استنساخ البشر Bud‏ ؛ غير أنه تكتنفه تعقيدات أكثر. وقد شهد
ميدان الاستنساخ بعض التجاحات . وكانت النعجة دولي أوّل استنساخ ناجح . إلا أن
الأمر تطلب ۲۷۷ محاولة قبل أن تولد بصحة جيدة. واستطاع العلماء أيضا استنساخ

TE

أ.د. مئير نايفة

قطط » وأبقار» وخخنازير» وماعزء وفئران» وغيرها من حيوانات المزارع . إلا أن
الحيوانات المستنسخة عانت من اختلالات أساسية وتلف في الدماغ . فوضعت تحت
أجهزة التنفس وآلات التغذية ؛ ولبعضهاء كان ذلك فور الولادة.

وحديناء استنسخ ppe‏ من خلية أخذت من مهرة. وعد ذلك تقدمًا هائلاً في علم
الاستنساخ . أما بالنسبة للإنسان» فتلك مسألة أخرى مختلفة ؛ إذ إن ثمة مخاطر كبيرة
في استنساخ البشر يسبب البنية الجزيئية . وإلى يومنا هذاء شكلت الحيوانات وحدها
مجموعة الاختبار في حقل الهندسة الجينية .

معالجة الغذاء 3192539 Los‏ التغليف

وصل حجم العمل العالمي في معالجة الغذاء وتغليف المواد الغذائية إلى بضعة
تريليونات من الدولارات . ومن أبرز جوانب التقدم في هذا المجال: تقنيات التغليف
الأنيقة؛ ودور تكنولوجيا GO‏ في التغليف؛ وأنواع مختلفة من الماكنات تشمل
تطبيقات الرابوط ؛ وتقنيات الطباعة على الأغلفة؛ وأدوات الأتمتة والتحكم التقليدية .

المنتجات المتقدامة للعناية بالبشرة

يعكف الكيميائيون والمهندسون في صناعة مستحضرات التجميل على التركيز على
آخر التقنيات والقضايا Lab‏ بتطوير منتتجات مبتكرة في مجال العناية بالبشرة.
وتشمل أوجه التقدم في التشكيل والتطوير: المواد الخام؛ والمكونات DEM‏
والفحوصات LSM‏ والتقييم السريري. والهدف هو إيجاد منتتجات فعالة للعناية
بالبشرة للرجال والنساء» فى مسجموعة متنوعة من التجمعات السكانية المختلفة
الأعراق. وتشمل تلك النحجات : المنظفات» Lb Uy‏ والملونات» ومضادات
«pal‏ وواقيات الشمس» وخموض الهيدزوكسيل» al Ml‏ الشبيهة بالقرنية؛
والفيتامينات الموضعيّة؛ ومانعات الأكسدة الغذائية» ومانعات الأكسدة النباتية
الموضعيّة؛ والمواد المضادة للالتهابات ذات الاستخدام الموضعي . أما أكثر المجالات

۲0

خصوبة فيما يتعلق بالعناية بالوجه» فهو Shall‏ بمقاومة آثار الشيخوخة. وتعزى
شيخوخة الجلد بشكل أساسي إلى التعرض للشمس وفقدان الهرمونات؛ ومنهاء على
سبيل المثال: هرمون pall‏ والتستوستيرون» والإستروجين. ويقود هذان العاملان
إلى الأكسدة الزائدة لألياف الكولاجين والإلاستين؛ ما يتسبب فيما يعرف بالتقاطع .
وفي الجلد المتجددء توجد هذه GUY‏ على هيئة حزم ثخينة موزعة بشكل منتظم تحت
سطح الجلد. ويقود هذا «التقاطع؟ إلى OSS‏ الخمازات» وإلى تدلي الجلد. ويسهم
الإشعاع فوق البنفسجي على أية حال با نسبته elds‏ أعراض شيخوخة الجلد قبل
الأوان. ويبدأ الأفراد المنقدّمون في الس برؤية خطوط رفيعة وتجعدات؛ كما تقل
سماكة الجلد » ويصبح لونه غير منتظم» وكذلك نسيجه. أضف إلى ذلك نقص
الكو لاجين والإلاستين؛ والاختلالات الوظيفية GLA‏ بالحدود؛ وحتى الزموهة.
وتتبدى الأخيرة في جلد Ge‏ وهش» ينتج عن فقدان حد من الدذهن المسؤول عن
التحكّم بكمية الرطوبة» التي يطلقها الجلد إلى ا لجو . إن الأشعة فوق البنفسجية لا تدمر
ا لحمض النووي في خلايا الجلد حسّب؛ وإتما تعيق أيضا آليات الإصلاح» التي تصلح
خلايا ALL‏ التالفة .

Lilo]‏ الحمُض النووي أو استنزافه » فضلاً عن نضوب الكولاجين والإلاستين
والحمض الهيالوروني» وغير ذلك من الجزيئات الداعمة في الأدمة ؛ كل ذلك يقود إلى
تغيّرات إكلينيكيّة في جلد الوجه تفضي إلى شيخوخته . وتشمل مستحضرات العناية
ALLL‏ اقا رة ua ao) (B 4C 9 A) ol als s, aol po Sat pie tU‏ آلا
هيدروكسيل» وحمض الغلايكول» والفورفويل أدنين 1-0 (الکنتین)» وبيتيدات
النحاس» ومستخلص الشاي الأخضرء ومواد بال كي تي تي كي إس وتي إن إس .
على سبيل المثال» op‏ پتيدات النحاس هي آخر اختراق علمي في مجال تجديد شباب
الجلد. فقد وجد أن النحاس يعمل بشكل طبيعي على تثبيت الجلد وتحسين مرونته؛
إضافة إلى التقليل من الخطوط الرفيعة والتجاعيد .

YA

أ.د.متير نأيفة

تخزين الطاقة والمواسعات Capacitors‏ الفائقة

تمثل المواسعات الفائقة صنفًا جديد] من العناصر المرتبطة بتكنولوجيا التخزين
وتخرّن تلك المواسعات الشحنة بواسطة طبقة مزدوجة كهربائية رقيقة للغاية» ولها
القدرة على تخزين كميات أكبر من الطاقة؛ مقارنة بالمواسعات التقليدية . أضف إلى
ذلك أن باستطاعتها إعطاء طاقة أكبر من تلك التي تعطيها البطاريات. فعلى سبيل
«Jui‏ ؛ ستكون لمواسع كهركي نحطي بحجم خلية من الصنف D‏ مُواسعة في حدود
عشرات الميلي فاراد . أما مواسع كهربائي بالحجم ذاته ذو طبقتين» 6 PESE 52 2) Xtand‏
بضعة فارادات. ويمكن أن af‏ ذلك تحسيئًا بمرتبتين أو ثلاث فيما lais Glan‏
المواسعة ؛ لكن بفرق جهد كهربائي أقل .

إنارة الحالة الصلبة

باختراع الثنائيات التجارية الباعثة للضوء في ستينيّات القرن العشرين» ee‏ الباب
أمام شكل مدهش من أشكال تكنولوجيا الإنارة. فعلى العكس من الإنارة التقليدية»
تستغل الثنائيات الباعثة للضوء رقاقة لإنتاج الضوء . وهي تتميز باستهلاك أقل للطاقة
الكهربائية» Z1 yl ey‏ الطفيليّة المصاحبة لمصابيح الإنارة العادية؛ وأهمها الحرارة .
وتأتي الثنائيات الباعثة للضوء بالألوان: الأحمرء والأصفرء «JU Sy‏ والأزرق.
ee‏ من ثنائيات باعثة للضوء منفصلة
(الأحمرء والأخضرء والأزرق). واستّخدمت تقنية حديثة CSL‏ مفردا e,‏ للضوء
الأزرق/ فوق البنفسجي» وطلاء ees‏ طبقات رقيقة» كمحول لإنتاج
الضوء الأبيض؛ GBs‏ لأن الفوسفور قادر على إشعاع طيف واسع من الضوء بأطوال
موجيّة مختلفة . غير أن التحويل الذي يقوم به الفوسفور كما لوحظ في أحدث
استخدام للفوسفور الأبيض سلاحا للإنارة في الحرب على غزة من جانب الجيش
SS‏ قارو ك بردو جام لشي ال + الأبيفن ci s HU. pe AU‏
OL BI‏ لاستخدام مكونات إضافية مكمّلة للفوسفور؛ مثل جسيمات SEN‏ شبه
AL gli‏

التكنولوجيا: ماذا يَعد؟

لقد كان القرن العشرون زمنًا للتغيرات الاستثنائية ؛ بظهور تقنيات جديدة
واخمتراعات مهمّة بسرعة مذهلة . وأذى ذلك إلى نقل عالمنا إلى أمور تتخطى
الإدراك؛ وكذلك حياتنا وطموحاتنا. وتشمل القضايا الأيقونية للقرن: الطيران»
وغزو الفضاءء والتلفاز» والحرب الممكننة» والطب» وألعاب القيديو» والموسيقى
الإلكترونيةء وناطحات السحاب» والتجسسس الإلكترونيء وغيرها الكثير. وكذلك
الحال بالنسبة للتكنولوجياء كالسيّارة والإنترنت» اللتين أصبحتا غير قابلتين للتوقف .

غير أن القرن العشرين قُدَر له أن يعرف Lae‏ الانطلاق لتكنولوجيا الثانو. ففي
أواسط عام ENAA e‏ بدأ الغلماء يُدركون al‏ يكن الحضول على مواد عالية الأداء دات
خصائص فريدة؛ ليس فقط من خلال تغيير تركيب الماذة» وإنّما Cad‏ عبر تقليص
حجم المادة إلى بضع عشرات أو مئات من الجسيمات» في بعد أو اثنين أو ثلاثة . فعلى
سبيل SL‏ اكتّشف أن السيليكون لن يشم ضوءا بفاعليّة عندما يكون على هيثة
بلورات كبيرة؛ وذلك بسبب فجوة الحزم غير المباشرة . لكنه سيكون قادرا على ذلك إذا
Gall‏ إلى بلورات دقيقة بأحجام نانومترية . ويوفّر كثير من المواد النانومترية أجهزة
جديدة : Uy‏ بإدخال تحسينات على تقنيات قائمة Sel‏ مثل تحسين الخلايا الشمسية ؛
أو توفير أجهزة جديدة ترتكز على المادة النانومترية حسب أي قائمة بذاتها-مثل
العلامات الطبية الحيوية .

لقد شهد عام ١9499‏ إطلاق الرئيس الأمريكي كليتتون المبادرة الوطنية الأمريكية
لتكنولوجيا الثانو؛ وتخصيصهملايين الدولارات لفحص هذا الميدان» من أجل
الحصول على مواد فاعلة» واختراع أجهزة جديدة. وحت دول أخرى AN NIG‏
النحدة الأمريكية في ذلك . ومنذ ذلك الوقت» نشهد انفجارا في البحث والتطوير في
جميع جوانب هذا المجال. وكما نفهمها Ce gall‏ فإن تكنولوجيا الثانو هي السيطرة على
المادة في نطاق أصغر من fe‏ الميكرومتر» وتصنيع أجهزة في النطاق نفسه . وفي صميم
هذه التكنولوجياء تكمن الاهتمامات الرئيسية الثلاثة : تطوير مواد جديدة» ونحقيق
مفهومات أجهزة النانو» وتقليص الأجهزة الموجودة إلى أبعد حدود الحجم الممكنة .

ولأهمية تكنولوجيا التانو» نفرد لها الفصل المستقل التالي .

TTA

الفصل الرابع

تكنولوجيا النانو

أ. د. مثير نايضة

DOE TIL eer Oe cl, TOME NE.
الحددي والعش“خغين‎

الأستاذ الدكتور منير نايفة
ترجمة: الأستاذ الدكتور وهيب النّاصر

والمهندس حيدر المومني

ينظر إلى تكنولوجيا Nanotechnology. jJ‏ على Lel‏ عملة
التكنولوجيا في القرن الحالي؛ فقد اجتذبت بلايين البلايين من
الدولارات لتمويل البحوث. وآلاف AYY‏ من العلماء
والمهندسين . إِنْها ‏ ببساطة ‏ تكنولوجيا مثيرة وفريدة من نوعهاء
تدعو إلى المغامرة والغوص في شتى مجالات العلم والتكنولوجيا
على نحو يتعدّى ما أنجز في المجالات الأخرى. فهي لم تبلغ
ذروتهاء ولم تصل إلى هدفها النهائي بعد. ومع أنه لم يتسن لنا
حتى الآن الإلمام بها من جميع جوانبها بصورة تامّة» فاللافت أنها
أسرت خيال الشباب والكبار» والعلماء وعامة الناس. وهي ما
انفكّت تدفعنا إلى أن نحلم Ob‏ نتمكن في مستقبل الأيام من حل
المشكلات الأساسية التي تواجه الجنس البشري؛ كالأمراض
المستعصية» والطاقة » والإنارةء وأزمة الغذاء.

ivy

في هذه الدراسة» نشرح المقدمات المنطقية لهذه التكنولوجياء والمنهجية العامة
لكيفية صنع مواد نانومترية تشكّل وحدات البناء الرئيسية لتكتولوجيا التانو . ثم نعرض
بعض الأمثلة الشائعة على تكنولوجيا الثانوء وعددا من تطبيقاتها الحالية البسيطة
والمتقدّمة» والتطبيقات المستقبلية . بعد ذلك» نتطرق إلى معالجة قضايا التسويق
التجاري» ومخاوف المستهلكين المتعلقة بالسلامة» وإمكانية استغلال تكنولوجيا النانو
في المجالات العسكرية. وفي آخر المطاف» نطرح التساؤل حول ماإذا كانت
تكنولوجيا التانو G cocker‏ أنها بحق أساس التكنولوجيا O AU‏ الجديد .

مقدمة

ألقى الدكتور ريتشارد فاينمان الحاصل على جائزة نوبل للفيزياء ‏ كلمة عام 1404
في معهد كاليفورنيا للتكنولوجياء قال فيها: اثمة متسع كبير في القاع». وأوضح في
مناقشته ما تتمتع به الهندسة على المستوى الجزيئي من إمكانات . ورغبة منه في تحفيز
العمل بهذا الاتجاه» فقد عرض تقد مكافّآت ماليةء قيمة كل منها ألف دولار من ماله
ا لخاص» لأول شخص يصنع محركًا كهربائيًا عاملاً بحجم 54/١‏ من البوصة أو
أصغر من ذلك ولأول من يقدم Cua‏ مكتوبًا بمقياس١/ Youre‏ أي ما يعادل الحجم
المطلوب لطباعة الموسوعة Encyclopedia Britannica Witla „Ji‏ بالكامل على رس
bs‏

وقد طالب بجائزة المحرك الكهربائي عام ١97١‏ أحد المهندسين» الذي وجد طريقه
لبناء محرك صغير جداً باستخدام التقنيات الميكانيكية التقليدية . وللأسف. فإن الدكتور
فاينمان كان قد حدّد الحجم المطلوب للمحرك أكبر بقليل ما يتطلّب اختراقًا في مجال
التكنولوجيا؛ ومع ذلك فقد دقع المال. UT‏ تحدي الطباعة» فاستغرق وقتا أطول. ففي
عام ۰۱۹۸٩‏ تمکّن طالب يدعى ثوماس نيومان -Thomas Newman‏ وهو خريج
جامعة ستانفورد من نسخ الصفحة الأولى من رواية تشارلز ديكنز Lead‏ مديتتين

wY

أ. د . مثير Aa‏

«tA Tale of Two Cities‏ على صفحة «ضلعها» بقياس ٠٠١ /١‏ من المليمتر(أي أصغر
بعشرين مرة مما يمكن أن يرى بالعين المجردة) . وقد أنجز ذلك باستخدام الطباعة الحجرية
بالأشعة الإلكترونيّة . وهنا مح فاينمان المكافأة بحماسة؛ لأن ما قدّمه الطالب يكن
ويمكن القول إن تلك الفترة شككّلت لحظة حاسمة في تاريخ التصغيرء وتكنولوجيا
التانو (التكنولوجيا في النطاق الجزيئي)؛ فقد أَبيت دعوة فاينمان إلى تصغير المتتجات
في وقت قياسي . لقد توقع فاينمان أن تأخذ عملية التصغير منحى متدرجا؛ LES‏
الل انيع سرع نادو . وكانت تلك بداية الطريق إلى تكنولوجيا الثانو. وما
يضح اليوم» فتكنولوجيا الثانو تنطوي على التحكّم بالمادة في نطاق أصغر من عشر
الميكرومتر؛ علاوة على تصنيع أجهزة وأدوات في النطاق ذاته. وفي صميم هذه
التكنولوجياء تكمن ثلاث منافع أساسية؛ هي : تطوير مواد جديدة» وتحقيق مفاهيم
gla sen‏ » وتصغير أحجام الأجهزة المتوافرة حاليا إلى أبعد الحدود الممكنة .
إن اكتشاف مواد بخصائص غير مألوفة ليس EKE‏ بتغيير بنى تلك المواد حسب ؟ وإنّما
Ca‏ بتقليص حجم تلك المواد إلى بضع عشرات أو مئات من الجسيمات في بعد أو اثنين
أو ثلاثة. فمثلاً» لن تبعث مادة السيلكيون ضوءا بكفاءة عندما تكون على هيئة بلورة
كبيرة؛ وذلك يسبب فجوة الحرم غير المباشرة . لكنها ستفعل ذلك إذا لصت إلى بلورة
صغيرة Le‏ بحجم بضعة نانومترات . إن الكثير من الخصائص المغناطيسية غير
fred Ju‏ المقاومة المغناطيسية العملاقة Giant magneto resistance (GMR)‏
ووصلات الأنفاق المغناطيسية Y - Magnetic tunnel junctions (MTJ)‏ يکن
الحصول عليها إلا في نطاق الثّانو. ويتيح الكثير من المواد الثانومترية الفرصة لصناعة
أجهزة جديدة: Ll‏ بتحسين التكنولوجيا e EILH‏ مثل إدخال تحسينات على LLH‏
الشمسية؛ أو بصنع أجهزة جديدة تستند فقط إلى استخدام المواد اللامتناهية الصغر
على هيئة نظام مستقل» كالعلامات الطبية الحيوية .
Case,‏ ف مد fies Sen tay Bh Daisy VS‏
المواد والتطبيقات الممكنة لتكنولوجيا النانو: ألياف أقوى من نسيج العنكبوت؛ فلز

MY

أقوى مئات المرات من الفولاذ وبوزن يبلغ السدس؛ مساحيق أخف حمس مرات من
البلاستيك؛ لكنها قادرة على توفير الحماية نفسها من الإشعاع كالفلزات؛ پلاستيك
موصل للكهرباء؛ مواد طلاء عدية الاحتكاك تقريباء لاستخدامها في صناعة السفن؛
مواد يتغير لونها وشفافيتها LG‏ للطلب؛ الإصلاح الذاتي» والتنظيف الذاتي» ومواد
لا تحتاج ul‏ إلى إعادة طلائها؛ ناقلات لتوصيل الدواء؛ مواد حفازة تستجيب لعوامل
أكثر» وبسرعة أكبر.

Ul‏ الدافع الآخر لتقدم تكنولوجيا التانو فيتمثل في الرغبة في الحفاظ على جعل
الترانزستور وخلية الذاكرة أصغر وأصغرء لتقليص أحجام الأجهزة إلى أبعد حد
ممكن . فالتكنولوجيا الراهنة تتعامل مع ترانزستورات بحجم YO‏ نانومترا؛ مع تصغير
المكونات الداخلية للترائزستورء مثل الملبع والمصرف. إلى حد كبير. وفي الواقع » فان
أحجام الترانزستورات هي في طريق بلوغها الحدود المادية الممكنة . ويفسّر مصطلح
«التصنيع اللامتناهي الصغر» عادة على أنه نهج يقود إلى إنتاج أجهزة صغيرة الحجم .
والبديل لهذا التعريف هو ما نسميه الإلكترونيات الجزيئية. i‏ مجال هذه
الإلكترونيّات» ded‏ الكيمياء لتجميع مكونات الدارة المصنوعة من CAS gola colt pe‏
مثل الحلقات العطرية t Aromatic rings‏ لتحل محل الأسلاك cA sal‏
والترانزستورات «الكبيرة»» المصنوعة من السيليكون» أو غيره من أشباه الموصلات .

ولتحقيق الأهداف المذكورة» على فرق البحث فى ميدان تكنولوجيا pi‏ أن تكون
متعددة التخصصات . فهذه التكنولوجيا تتقاطع مع الكثير من التخصصات الأخرى؛
بجا فيها: العلوم الغروية «Colloidal sciences‏ والكيمياء» والفيزياء التطبيقية» وعلوم
المواد؛ وحتى الهندسة الكهربائية › والهندسة الميكانيكية .

شيء من التاريخ: المحاولة الأولى في التصغير

حجر Ul pall‏ هو جسم صلب رسوبي بلوري من معدن الكوارتز GAD‏ ولونه في
العادة رمادي داكن أو أزرق أو أسود أو بني غامق؛ وغالبًا يكون ذا مظهر زجاجي.
ويرجع لونه إلى وجود شوائب فيه. وترم ade‏ اماد انما gil,‏ صرات مركت

Mi

أ. د . منير نايفة

يتكسّر حجر الصؤان إلى قطع صغيرة ذات حواف حادة. وأول محاولة لاستخدام
هذه الخاصية في الحصول على أجسام صغيرة كانت في فلسطين من عشرين آلف سنة
ecu‏ فعن طريق كسر حجر الصوان» أمكن إنتاج أجسام بطول سنتيمتر أو أقل .
وكان يُطلق على تلك الأجسام «الحجريات الدّقيقة tMicroliths‏ . وبسبب تلك
الخاصية» كانت تلك القطع الحجرية تستخدم في سالف الأزمان لصنع أدوات حجرية
حادة؛ يحتمل أتها كانت تستخدم أشواكا في السهام» ches‏ وغيرها من أدوات
الصيد المركبة . لقد كان يحصل على هذه الحجريات LL‏ من شفرات صغيرة؛ أو بكسر
الشفرات الكبيرة الاعتيادية » بطريقة يقصد منها الحصول على أشكال معينة: منها
المثلشات والأهلّة والأراجيح وغيرها. وبصورة أكثر تحديداء كانت تلك القطع بطول
سنتيمتر واحد» وبعرض نصف سنتيمتر» عند الانتهاء من صنعها. إن هذه
الاختراعات يكن وصفها LEL‏ بدائية؛ غير أنها في الواقع كانت أدوات جميلة
ASL,‏ والكثير منها كان ذا أطراف usd‏ حدة من شفراتنا الدقيقة المستخدمة في
العمليات الجراحية . وتعد هذه العملية المحاولة الأولى من جانب الإنسان لتصغير مادة
بطريقة مقصودة ومتحكّم فيها. D,‏ مصطلح «ميكروي e Micro‏ الذي نستخدمه
الآنء مأخوذ من كلمة Microlith‏ التي تعني الحجريات الدقيقة. كما أن كلمة
ليثوغرافيا c Lithography‏ التي يقصد بها الطباعة الحجرية» مأخوذة هي الأخرى من
تلك الكلمة .

كيفية التصغير/الوصول إلى مقياس النانو

ثمة طريقتان رئيسيتان تُستخدمان في تكنولوجيا النانو: الأولى «من الأسفل إلى
الأعلى»؛ ai en Ms STU‏ کرات ارا ای عبتم کات استنادا
إلى مبادئ الفهم ا لجزيئي . أما الأخرى» فهي «من الأعلى إلى الأسفل؛؛ وفيها تتكون
جسيمات النانو من كيانات أكبر من دون سيطرة على المستوى الذري .

وفي طريقة Wet lel لفسأ leh‏ لخطوات الآنية :

To

@ تقسيم قطعة كبيرة من مادة ما إلى قطع أصغر وأصغر .

« التوقف عن التقسيم قل الوضبول إلى iN‏ الواحدة؛ See ED‏ من ١‏ إلى
٠‏ ذرة» وبالقياس من ١‏ إلى " نانومترات »أو حوالي واحد من المليار من المتر .

« تأخذ الأجزاء الصغيرة بامتلاك خصائص جديدة غير مألوفة» لا توجد فى
CEDE ie ene NOTET ESOS CREE E‏
وميكانيكية» . .

. خفق الجسيمات بشدة» إذا لزم الأمر؛ مع وضع غطاء واق لحمايتها وتثبيتها‎ e

« استخدام أجزاء متطابقة صغيرة» مثل طوب اليناء» في تركيب تشكيلات كبيرة»
مثل القطعة الأم .

أما في طريقة «أسفل ‏ أعلى ‏ أعلى» c‏ فلدينا لخطوات ASV)‏

. البدء بذرات من مادة معينة‎ o

. إلى ١٠٠٠ء مثلاً) بعضها ببعض‎ ٠١ إلصاق عدد منها (من‎ e

. خفق الذرات بشدة» مع حمايتها بغطاء واق‎ o

í الطرب:‎ JES OEE AT

وأما بالنسبة للتقنيات التي تستخدم عادة في إنتاج المادة الثانوية all‏ فيمكن
الانتقاء من بين مجموعة من التقنيات الفيزيائية» فضلاً عن التقنيات الكيميائية ؛ وذلك
اعتمادًا على طبيعة المادة الثانوية المطلوبة» وحجمهاء وكتلتها. وتشمل هذه التقنيات :
طحن الكرات Ball milling‏ والاستئصال بالليزر dad, (Laser ablation‏ الأيوني
Ion sputtering‏ ولهب الاحتراق Combustion flame‏ والبلازما المستحثة بالموجات
الميكروية «Microwave-induced plasma‏ والتفاعلات الكيميائية والكه ر كيميائية .

أمثلة شائعة على تكنولوجيا الثانو
باستطاعتنا تصغير جسيمات SU‏ وإنتاجها في الأساس من أي ala‏ صلبة متوافرة
لدينا؛ Le‏ فى ذلك السيراميك» والمبلمرات» وأشباه الموصلات» والفلزات الموصلة

Wy

أ. د . مثير AA‏

والمغناطيسية وفائقة التوصيل» وأكاسيدهاء وما إلى ذلك . وهنا نوجز وصف بعض
الحالات الشائعة للتوضيح.ء التي تستخدم فيها موادء مثل: الكربون» والسيليكون»
والتيتينيوم .

الكريون: ثمة أشكال متعددة من الكربون؛ من بينها: الجسيمات الثانوية»
والأنابيب النانوية» والألماس» والغرافيت. فمثلاًء كرات الكربون C60‏ عبارة عن
قشور فارغة مغلقةء قطر الواحدة منها ٠ V‏ نانومتر تقريبًا. أما أنابيب الكربسون
النانوية «Carbon nanotubes‏ فهي أسطوانات فارغة. az,‏ النصائص الكهربائية
للأنابيب التانوية من الخصائص الفلزية إلى شبه الفلزية إلى شبه الموصلة؛ تبعا لتركيبها
الذرّي. ومن الناحية الميكانيكية » O‏ معامل (معاير) يغ وقوة الشدٌ للأنابيب الثانوية
لها قيم مرتفعة (تفوق مئة مرة القيم الخاصة بالفولاذ). لقد استخدم العلماء طريقة
تبخر القوس Arc evaporation‏ في إنتاج الأنابيب النانوية» وذلك بتمرير تيار مرتفع
بين قطبين من الغرافيت في جو من الهيليوم؛ الأمر الذي يتسبب في تبخر الغرافيت»
بحيث يتكتّف بعضه على المهبط » لتشكيل الأنابيب النانوية الكربونية .

تتيح أنابيب الكربون الثانوية مجموعة متنوعة من التطبيقات» التي تشكل قاعدة
تكنولوجية. فعلى سبيل المثال» يكن استخدامها في بناء الترانزستورات والعناصر
الإلكترونية» وأجهزة الاستشعار البيولوجي e‏ ووحدات الإظهار؛ إضافة إلى تقسية
المركبات» وتحسينها. ومع ذلك Op‏ لديها الكثير من أوجه القصور؛ fee‏ انخفاض
الإنتاج » وصعوبة عزلها عن بعضها بعضاً نظرا لأنها تنزع إلى التشابك »إلى جانب
تعدد طبقاتها؛ إذ غالبًا ما تخرج بتركيب متعدد الطبقات . والأهم من ذلك كله اعتقاد
البعض Gel‏ قد تشكل Has‏ على الصحة» لأنها لا تندفع بسهولة بعد أن تدخل إلى
الجسم ؛ فهي ذات شكل شبيه بشكل الإبرة .

:Geapheng Adi i‏ نتحدث هنا عن صفيحة رقيقة جدا سماكتها 855 واحدة
من الكربون. وقد استعصت على العلماء لسنوات؛ لكنها في نهاية المطاف صنعت في
المختبر عام ٠٠١4‏ في معهد يوليتكنيك رينسيلار Rensselaer Polytechnic‏ . ومن
المؤمل أن يكون الغرافين هو الخليفة fac cell‏ للنحاس والسيليكون في مجال

TY

أقلام الرصاص - تتكون من طبقات لا تُحصى من الغرافين. كما برزت إلى الوجود
أيضًا أوراق أكسيد الغرافين. ومن المتوقع أن تخلق هذه ثورة بحد ذاتها؛ لأن المواد
الخفيفة الوزن قد تجد استخدامات فى نطاق "it‏ من التطبيقات .

الإلكترونيات الثانوية . وتجدر الإشارة إلى أن الغرافيت -المادة الشائعة في صنع أغلب

امريد التي تهوم بات هذا Ug ze ST SY‏ الأكثر سيو عا وشهرة ين
الأكاسيد؛ بفضل سهولة تطبيقاته» وتنوعها. Jua‏ مسحوقه الثانوي Ob‏ يصبح ea‏
ge C AE‏ يستفاد منه- في المقام الأول في صنع جيل جديد من واقيات أشعة
الشمسء ومُستحضرات التجميل» والمواد الپلاستيكية » ومواد الطّلاء» التي تمنص
معظم الأشعة فوق البنفسجية الضارة» لتوفير قدر أكبر من الحماية. ونا كسيد
التيتبنيوم المعروف Casi‏ باسم التيتينيا هو الماذة المتوافرة بشكل طبيعي؛ وصيغته
الكيميائية هي TIO,‏ ومن أجل التوضيح e‏ نذكر OF‏ جسيمات أكسيد التيتينيوم يمكن
إنتاجها ببساطة بتسخين أملاح أساسها التيتينيو م قابلة للذوبان في 0« c‏ مثل ي11050»
عند درجات حرارة تتراوح من ٠٠١‏ إلى 50١‏ سلسيوس.

الفلزات: أصبحت جسيمات الفلزات الثانوية» بجا في ذلك الذهب والفضة
والبلاتين والفلرّات المغناطيسية مثل الحديد» شائعة ومشهورة؛ وكذلك الفلزات
الشقيلة» التي تشمل التنغستن W‏ والمولبدنوم 210. وهنا دعنا نركز قليلاً على
التنغستن» الذي غدا سيء السمعة في العالم» بسبب استخدامه في الآونة الأخيرة في
الحرب على غزة في فلسطين» ضد أهداف مدنية وغير مدنية . إنه من الصعوبة بمكان
توليف الجسيمات النانوية من التنغستن أو المولبدنوم؛ 0M‏ درجة حرارة انصهار كل
مئهما مرتفعة . ويجدر التنبيه على أن floes‏ الحراري يطبق على نطاق واسع لإنتاج
جسيمات التنغستن التانوية . كما تستخدم في ذلك العمليات الكهركيميائية وكذلك
نبضات قصيرة قوية من أشعة الليزر تحت الحمراء. فعندما يضرب شعاع الليزر قطعة
من التنغستن» فإن ذلك يولد حرارة كافية لإذابتها و/ أو تبخيرها؛ الأمر الذي يسبب ما
يشبه الانفجار المجهري» وهذا تنطلق بفعله بكل ol Al‏ قطع ساخنة للغاية في نطاق
Oy SM‏ أو Le tl‏

\YA

أ. د . منير AA‏

وفي ظل هذا النوع من الحرارة الشديدة المركزة» قد تتبخر الذرات ليتكثف عدد منها
من جديد ؛ فتتكون جسيمات أصغر . وهذا الانفجار لا يختلف tS‏ من حيث المفهوم
عما يحدث في أداة الانفجار الضئيلة داخل جسم الإنسان.

الجسيمات النانوية لأشباه الموصلات: يتألف النوع الواحد من المواد النانوية في
الواقع من مادتين ؛ مثل: الكادميوم والكبريت CdS‏ أو الكادميوم والسيلينيوم
CdSe‏ . وقد طور العالمان الكيميائيان المنجى باوندي Bawendi‏ من معهد
ماساتشوستس للتكنولوجيا MIT‏ ويول اليفيساتوس Paul Alivisatos‏ تركيبة ومرفقات
كيميائية للبلورات النّانويّة . والمادة الناجمة كانت مادة ذات فجوات حزم مباشرة
Direct bandgap material‏ . إن الجسيمات النانوية أو كما تسمى النقط الكمومية
Quantum dots‏ - ; تنتج الضوء تحت تأثير الإثارة الضوئية› لتعطي É ph‏ حادة لألوان
الطيف يعتمد لونها على حجم الجسيمات ؛ وهذه الجسيمات معروفة بوصفها شعاراً
للإنارة» أو علامة للتطبيقات الطبية الحيوية. فقد ارتبطت بالحمض النووي»
والبروتينات» والمكوتات الأخرى» لتصوير الخلية الواحدة أو الجزيء الواحد
eai,‏ . بيد Lgl‏ تعاني من مشكلات عدم التوافق الحيوي؛ إذ إنها تشكل تهديدا
la‏ بالتسمٌّم eol adu‏ الثقيلة » مثل الكادميوم» والتسمم بالسيلينيوم. علاوة على
ذلك ٠‏ فهي ذات رد فعل في ظل الظروف المحيطة. وفي المذيبات الشائعة . هذا يستلزم
تمر ibad UNA RR RET‏ زه عع ME RS NEC‏ متكي عا Md‏
طبقة ا حماية ‏ هو في حدود ۸ نانومترات . وهذا أكبر بكثير من حجم المسام الطبيعي
في الخلية الحية؛ ما يسبب إشكالية في امتصاص الخلايا لهذه الجسيمات . ونظرا OY‏
الكادميوم هو أحد العناصر الثقيلة» فالجسيم أثقل بكثير من النظام الجزيئي النمطي أو
أحد مكونات الخليّة . إن الجسيمات النانوية لكبريتيد الكادميوم CdS‏ ذات أحجام
Al dilate‏ من خلال تيكح icy pb‏ قير هالو ف ule i lapel Kall ay‏ جج
الجزيئات : إما عن طريق إنهاء التفاعل الكيميائي في فترات زمنية مختلفة ؛ أو عبر تغيبر
نسبة الكاتيونات إلى الأنيونات في خليط التفاعل. ˆ

MA

السيليكون والسيليكا : تعد مادة السيليكون من أهم المواد المرتبطة بتطبية.ات
تكنولوجيا الثانوء [Sts LN‏ العمود الفقري لصناعة الإلكترونيات الدقيقة ؛ عدا أنها
أفضل المواد من حيث التوافق الحيوي. فهي أقل المواد سمّيّة؛ وهي تعد بأن تكون
التكنولوجيا ا لخضراء . تقد كان العالم كانهام Canham‏ عام ۱۹۹۰ أول من بين أن
الضوء المر ي الأحمر المتلالئ Photoluminescent light (PL)‏ يكنه أن ينبعث من
بلورات رقائق السيليكون عند درجة حرارة الغرفة ؛ حين تحفر أو تحك Lus AS‏

وقد حصل الباحث زين يماني» الذي يعمل الآن في جامعة الملك فهد للبترول
والمعادن cKFUMP.‏ على درجة الدكتوراة ضمن مجموعة نايفة لدفع الانبعاثات النائجة
من السيليكون المحفور إلى الجزء الأخضر من الطيف . pig‏ مجموعة سحرية من
جسيمات السيليكون النانوية في مختبر نايفة بولاية إيلينوي الأمريكية من SS‏
السيليكون؛ وذلك بموجب اختراع حاص في مجال التشتت الكهركيميائي.
والمجموعة تتكون من جسيمات مستقرة عالية الإنارة أقطارها ۱+ YAEY, Y ٣۱,۷‏
نانومتر. وعلى عكس de‏ السيليكون» التي هي مادة بليدة بشكل مُذهل» فإن
مجموعة جسيمات السيليكون النانويّة ذات كفاءة خارقة في إشعاع الضوء بالألوان
الأحمر والأخضر والأزرق (RGB‏ وتغطي الأجزاء الأزرق والأخضر والأصفر
والأحمر من الطيف» على الترتيب » عندما تتعرّض للأشعة فوق البنفسجية الداكنة .

O‏ جسيمات السيليكون النانوية هي أقرب إلى كرات الكربون (الفوليرين)؛ لكن»
بعكس القشرة الفارغة لتلك DB col SU‏ جسيمات السيليكون ee ge SON‏ وعلى
سطحها هيدروجين . ویکن أن تشگل الجزيئات Do‏ جديذ)؛ أو ما يُعرف بالجزيء
الفائق» الذي يُظهر سلوك الادة الصلبة» مثلما يظهر سلوك الجزيء. وجسيمات
السيليكون النانوية يمكن أيضًا إنتاجها من خلال تكثيف O13‏ السيليكون المحررة من
مركب حامل للسيليكون؛ C]‏ الطور السائل» أو الطور الغازي . S‏ العمليات هنا
لا تقود إلى طريق المجموعة السحرية من الجسيمات المشار إليها GT‏ علاوة على
AUS‏ تحتاج جسيمات السيليكون النانوية بعد إنتاجها إلى معالجة بالهيدروجين أو
الأكسجين ؛ لتحقيق الاستقرار لتلك الجسيمات في مواجهة أي هجوم بيئي .

Me

أ. د. هنير Ail‏

وفي إطار المساعي المبذولة لخفض كلفة إنتاج الجسيمات التانوية » تمكن فريق بحث
جامعة إيلينوي (بقيادة الدكتور (ZU‏ بالتعاون مع ليلى أبو حسان من الجامعة الأردنية
ومنى الشهابي من جامعة حلب وجون هوست Jon Host‏ من شركة دأو DOW‏
للكيميائيات» من تركيب جسيمات سيليكون نانوية ذات إنارة حمراء من حبيبات ذات
رتبة Ll‏ من السيليكون» مع الحصول على نتائج محسة» مقارنة بتلك التي حصل
عليها من رقائق السيليكون. وقام هذا الفريق أيضا بتوليف الجسيمات النانوية من
السيليكات الخام ؛ لكن بناج منخفض إلى حد كبير .

وإضافة إلى أنها فائقة الإشعاعء فإن الأغشية المعاد تكوينها من مجموعة الجزيئات
تُظهر خاصية الانيعاث المستحث» الذي هو شرط ضروري لتوليد أشعة الليزر. إن
أجهزة إشعاع ضوء السيليكون يمكن أن تؤدي في النهاية إلى الحصول على «ليزر على
taU)‏ وعلى جيل جديد من رقائق السيليكون» وإلى توسيع وظائف تكنولوجيا
السيليكون من الإلكترونيات الدقيقة إلى الإلكترونيات الضوئية والضوئيات
البيولوجية .

إن تكنولوجيا جسيمات السيليكون النانوية تدرتب عليها آثار تكتولوجية Tage‏
بسبب إمكانية دمجها في تكنولوجيا رقائق السيليكون الإلكترونية المتوافرة. فهي
تكنولوجيا ذات قاعدة عريضة من التطبيقات الواسعة النطاق» التي تشمل
الإلكترونيات (الذاكرة النانوية المنخفضة الطاقة» والترانزستورات)؛ والضوئيات
(الكواشف الضوئية فى مجال الأشعة فوق البنفسجية)؛ والتقنيات الضوئية
والكهرضوئية (Giclee ad LALI)‏ والثنائيات الباعثة للضوء)؛ ومجسات
المواد (الغلوكوزء والدويامين)؛ والمحفزات وخلايا الوقود؛ والبطاقات الفلورية للطب

وخلاقًا لجسيمات السيليكون الثانوية المصنوعة من السيليكون النقي» OB‏ جسيمات
السيليكا النانوية هي OL‏ كرات مصنوعة من الزجاج النقي و510. فهي تُنتج بشكل
متزامن التحلل المائي» وتفاعلات التكثيف للمركبات الفلزية» التي تحمل السيليكون
والأكسجين Alkoxides‏ . وهي ذات أهمية بالنسبة لتطبيقات صناعية شتى ؛ يما في

MA

ذلك المواد الحفزة» والأصباغ. والمواد الصيدلانية . كما تستخدم في صنع الركائز
5 الإلكترونية » وركائز الأغشية ATW‏ والعوازل الكهربائية » والعوازل
الحرارية » ومستشعرات الرطوبة . من ناحيةأخرى» فان جسيمات السيليكا خاصة
الجسيمات المتفرقة الأحادية - مرشحة للتطبيق في التلميع الكيميائي اليكانيكي . لذلك»
من ال مهم تطوير عمليات تنتج عنها جسيمات سيليكا عالية النقاوة» بتوزيع حجمي
متقارب . وتجدر الإشارة إلى أن السيليكا التجارية المنوافرة حاليًا هي ذات توزيع

حجمي واسع » ومستويات متفاوتة من الملوثات الفلزية .

الأغشية والسبائك النانويّة

يتطلب الإنتاج الواسع النطاق للأجهزة التي تستخدم المواد النانومترية التعامل مع
عدد كبير e‏ من لبنات الثانو؛ أكثر بكثير من ١١١‏ / سم" . o]‏ لبنات النانو المستخدمة
شديدة التفاوت . فهي تتراوح من الجزيئات السطحيةء وكتل المبلمرات التساهمية؛ إلى
جسيمات الشبيكات البوليمرية» وأشباه الموصلات والأكاسيد الفلزية e‏
وضع كل لبنة من تلك اللبنات في موضعها الصحيح في OF‏ من شأنها أن تستمر إلى
الأبد. وسوف يختصر الوقت بالتأكيد» إذا اصطفت الجسيمات الثانوية PIE‏ على
مواضعها من تلقاء نفسها.

الاصطفاف الذاتي Self-Assembly‏

إن خاصية التجمع الذاتي الطبيعي» أو b‏ يعرف بالاصطفاف siii‏ ی ظاهرة مفيدة
في تكنولوجيا SG SU‏ المبلمرات التساهمية يمكنها توفير iss‏ واسعة للتجمع
الذاتي بنسق نانوي مرتّب؛ في نطاق يتراوح بين ١5‏ و Yo‏ نانومترا. ومن الممكن
استخدام الحمض النووي لإحداث اصطفاف للجسيمات النانوية . Way‏ يعتمد على
النوعية العالية للترابط الهيدروجيني A-T‏ و GC‏ وعلى آلية التعرف الخاصة بالحمض
النووي . من ناحية أخرى. يمكن استخدام تيار خارجي للتحريض على التجمع الذاتي

۲

أ. د. منير نايفة

للمكونات الجزيئية» كالجسيمات النانوية» في مجموعة متنوعة من الأنساق ؛ مثلما بين
الباحث صحراوي شعيب من فريق الدكتور نايفة في جامعة إيلينوي . وإن هذه التقنية
في الأساس ليست سوى OS‏ ذاتي في ظل ظروف متفرقة مفتوحة ؛ على نحو مشابه
لاصطفاف الكرات الموصلة تحت تأثير التيار الكهربائي". وفي هذا الصددء حصل على
جسيمات السيليكون النانوية متجمعة على هيئة شبكات أشبه بالشجر. كذلك»
استخدم التفاعل الخاص بين الذهب والكبريت لإيجاد مساحة واسعة للاصطفاف
الذاتي . على سبيل JEM‏ فإن طبقة واحدة من ألكانثيول Alkanethiol‏ تتجمع على
هيئة حزم مرصوصة على الذهب في الشبيكة البلورية (111)؛ وهذه تسمى الطبقات
الأحادية اللتجمعة self-assembled monolayers (SAMs) Ci‏ . و بين الباحث
شعيب أنه عندما OG‏ جسيمات السيليكون النانوية طبقات بالغة الرقة على
السطح»فإنها تنقشر ha Lady‏ أنبوبًا رفيعًا. أما الباحثون الدويان والصالحي
والهوشان من معهد الملك عبد الله لتكنولوجيا النانو في جامعة الملك سعود» فقد قاموا
بطمر جسيمات نانويّة من السيليكون في مصفوفات زجاجية؛ ما أدى إلى جعل الكثير
من التطبيقات ممكتا في مجال الضوئيات .

Atomic Layer Deposition (ALD) 2355 ترسيب طبقة‎

هذه تقنية لتكوين طبقة رقيقة» توفر إمكانية فريدة لتغطية الأجسام المعقدة الثلاثية
الأبعاد بدقة. وقد ast‏ هذه اليه في يختير ارود الوطني Argonne National‏
Laboratory‏ - في هذه الطريقة› dra‏ ض الجسم لنبضات متساسلة من غاز متفاعل e‏
لتكوين طبقة حماية رقيقة على سطح الجسم . وتتوقف التفاعلات الكيميائية بين الغاز
والسطح بصورة طبيعية E ed‏
جزيء واحد ne‏

إن تقنية الترسيب هذه يكن باستخدامها ترسيب مجموعة متنوعة من المواد؛ جا فيها
الأكاسيد» والنيتريدات» والكبريتيدات» والفلرّات. o],‏ إنتاج خلايا شمسية أكثر

كفاءة وأقل كلفة» ومواد إضاءة في الخالة الصلبة» ومحفزات صناعية» كلها تطبيقات
ممكنة لترسيب الطبقات الذرية» إضافة إلى غيرها من التطبيقات؛ مثل : تحسين
الموصلات الفائقة» وتكوين أغشية الفصل .

اصطفاف الجسيمات الثانويّة/مركبات الأتابيب الثانويّة

من الأمثلة المثيرة جد للسبائك النانوية والاصطفاف الذاتي ما وجد في فحص
حديث لسيف دمشقي قدي . فقد اكتشف بيتر باوفلر Peter Paufler‏ وزملاؤه في جامعة
درسدن zl‏ بألمانيا مؤخرا أنابيب نانوية كربونية في البنية المجهرية لسيف مبارزة
دمشقي» يعود إلى القرن السابع عشر .

لقد اخمترع السيف في دمشقء وكان السيف الأقوى في العالم. ومع ذلك» كان
خفيفًا جد ورقيقًا؛ كما كان حادا وصلبًا للغاية. كان يقطع خيط الحرير من دون أن
Gey ah‏ ملاءات حريرية بمجرد أن تقع عليه. كتب پاوفلر ورفاقه: «أنابيب SU‏
الكربونية لم AE‏ مفخرة القرن الحادي والعشرين لعلماء الموادً. ويبدو OF‏ هذا الاكتشاف
كان قد أجهض عن غير قصد على أيدي حدادي سيوف العصور الوسطى الإسلامية»
الذين صآبوا الأنصال في دمشق ليعلّموا الفرنجة المعنى الحقيقي للفولاذ الباردء حين
كانوا يتقاتلون في الأراضي المقدسة. لقد التقطت الصور بواسطة أقوى المجاهر؛
وأظهرت أن الأنابيب النانوية داخل سيف دمشق اصطفت بشكل سلاسل . تلك
الأنابيب النانويّة هي التي تجعل السيف على ما هو عليه . وهذه هي تكنولوجيا النانو في
أفضل حالاتها» .

إن الباحثين في الوقت الحاضر-ومنهم الباحث تيسير نايفة في ولاية كليقلاند
الأمريكية - يُجرون البحوث لدراسة كيفية إضافة الأنابيب الثانوية إلى الفلزات» فضلاً
عن المبلمرات والمصفوفات الزجاجية» لتطبيقات تتعلّق بالطيران. علاوة على ذلك »
Dp‏ دراسات مهمّة تُجرى على قدم وساق لتحديد كيفية قذف الفلزٌ أو البوليمر
بالأنابيب الجزيئية التانومترية وهي مصطفة . إن صف الأنابيب من شأنه أن يضفي

Vee

er LEE‏ أ. د. منير نايفة

صلابة إضافية وموصليّة كهربائية عالية» HUIS‏ موصلية حرارية للمركب؛ مقارنة
با مواد المخلوطة خلطًا عشوائيا .

الطباعة الحجرية الثانويّة/التصوير النائوي: أصغر كتابة على
الجدران في العالم |

إن صناعة الإلكترونيات الدقيقة متقدمة Oe‏ في مجال تصنيع النبائط الصغيرة على
نطاق واسع e‏ مثل : الدارات المتكاملة» أو الأنظمة الكهرميكانيكية النانوية NEMS‏ -
ولتحقيق ذلك c‏ تستخدم الصناعة مجموعة من الطرق المتقدمة ؛ مثل : الطباعة الحجرية
الضوئية» والطباعة الحجرية باستخدام الأشعة فوق البنفسجية الشديدة EUV‏ والطباعة
الحجرية باستخدام الأشعة السينية . وتجدرالاشارة إلى أن تقنيات الطباعة الحجرية
الثانوية كانت as‏ ببطء في الصناعة . وكان التقدم الأكبر Cx‏ هو توليد شعاع من
الإلكترونات أو الأيونات» لإنتاج فط أو حرق لطبقة واقية يوليمرية سماكتها ٠١‏
نانومترات أو أقل . ic iT ool a dat‏ اوخا Ue‏ هن شاا اناه Geni‏ قي
النطاق النانومتري التنميط من خلال مجموعة من مجاهر المسح الفاحصة . فعلى سبيل
JL‏ يكن التلاعب بالذرات الفردية باستخدام المسح بطرف مجهر حفر
الأنفاق STM‏ في حين يجري في الوقت ذاته تصويرها أو رؤيتها. bE}‏
"Graffiti? x Vl‏ المكتوبة باستخدام هذه التقنية في شركة آي بي 1م
IBM‏ وجامعة إيلينوي (على يدي كاتب هذه الدراسة» الدكتور LAL‏ وشركة
هيتاشي قد cud yo‏ على غلاف المجلة البريطانية نیو سايختست New Scientist‏
والطباعة الحجرية النانوية Dip-Pen‏ هي أول تكنولوجيا في هذا Shel‏ مخاحة ONE‏
تقوم أساسًا على مجهرية القوة الذرية. غير أن هذه الأجهزة تسم بالبطء الشديد؛
لأنها تتطلب > is‏ طرف من التنغستن أو الذهب بكتلة محددة. وهذه السرعة لا
تتوافق مع السرعة التي يمكن للمرء أن يحرف بها مسار الضوء أو الإلكترونات؛ أو
الأيونات . وقد قيل Ol‏ من الممكن تحسين دقة التنميط باستخدام هذه الأجهزة. فمثلاً»

LEZ.)

i
يمكن تخزين ه 5 يات مكتبة الكونغرس كاملة على قرص واحد؛ لكن الأمر‎
۰ . سيستغرق الوقت كله إلى الأبد لفعل ذلك‎

التطبيقات «العادية»

dad‏ منتّجات استهلاكية متاحة بالفعل توظف تكنولوجيا التانو ٠‏ فقد أحدثت هذه
التكنولوجيا فرقًا في الكثير من التطبيقات الناجحة؛ ما في ذلك ضمادات الجروح
والحروق» وأدوات ربط الأسنان» وأجهزة تنقية المياه» والملابس ومراتب النوم الخالية

من البقعء s‏ الأكل والملاعق والصحون والأواني؛ والملابس التي لا تسخ ولا
تصبح Lb‏ لأنها مخلفة بمادة نانوية . . كما توجد مواد أخرى في السوق؛ كالمحفزات
الصناعية » والطبقات الواقية والمخففة من الوهج في النظارات» والطلاءات التي تسهل
تنظيف الزجاج » وواقيات أشعة الشمس ومستحضرات التجميل» ومعينات الصعود
إلى المركبات» وواقيات الصدمة والمحولات المحفزة في السيارات» وكّرات المضرب
الطويلة العمر» ومضارب التنس الأقوى والأخف وزنًا. ويبدو أن المستفيد الأول من
تكنو لوجيا gU‏ هو الصناعة الكيميائية . ويستفيد الكثير من الشركات أو المبتدئين من
بيع مواد الجسيمات التانوية» بوصفها سلمًا تجاريّة في سوق اقتربت حتى الآن من 0٠١‏
مليون دولار.

التطبيقات المتقدمة

نودٌ أن نعرض الآن بعض التطبيقات التي يجري التفكير فيها . وهى ذات أهمية
حاسمة فى حل المشكلات الاجتماعية » فى مجالات الصحة والطاقة والإضاءة والغذاء
والنقل؛ مثل : بناء أسرع الترانزستورات وأصغرهاء والمستشعرات الطبية
الخيوية » وتوصيل العقاقير» والكواشف الضوئية؛ وأجهزة العرض. . . إلخ.

تصنيع الجيل الجديد من الرقاقات

وضعت صناعة أشباه ا موصلات نصب عينيها as‏ طموحًا يتمثّل في مواصلة

١5

آ. د. منير نايفة

توسيع نطاق قانون مور للأعوام الخمسة عشر القادمة» للحصول على مقاسات تقل
عن ٠١‏ نانومترات کح مسموح به.

وهنالك مجموعة كبيرة من التحديات التى تواجهها الصناعة لتحقيق هذه
الأهداف. هذه التحديات تشمل بالتأكيد تصنيع العناصر المطلوبة بأحجام تدخل ضمن
نطاق تكنولوجيا التانو . لقد عقدت ورش عمل عدة في السنوات الأخيرة» اجتمع فيها
ذوو الاختصاص من الحكومات وقطاع الصناعة والأوساط الأكاديمية» لتناول بعض
هذه التحديات . ومن بين الأسئلة التي تطرح نفسها علينا: هل Us‏ نقترب من الحد
النهائي في استخدام السيليكون؛ بحيث أصبح لزامًا علينا أن ننتقل إلى مواد بديلة في
بناء جيل جديد من الرقائق؟ هل ما زال ثمة متسع للتكنولوجيا المعتمدة على
السيليكون؟ أنستطيع ترك السيليكون وراءنا؟ شملت الاستنتاجات محاور ثلاثة؛

"ua
وتوسيعه‎ (CMOS إدامة النطاق المكمّل لتكنولوجيا التصنيع السيليكونية التقليدية‎ e
. إلى الحد النهائى الممكن‎

« توفير البديل المناسب والمتدرّج من المواد المستدامة غير الخطرة العالية الأداءء
وتقنيات التصنيع » لبدائل تقنية CMOS‏ القائمة على السيليكون .

slew! e‏ خيارات لدمج المواد الوظيفيّة «Functional‏ غير المتجانسة» المهندسة
LC go‏ يتكنولوجيا CMOS‏ القائمة على السيليكون؛ ما يشكل مسارا لتسليع
Commercialization‏ الابتكارات في تكنولوجيا النانو .

وتشمل المواد والأدوات التي ينظر فيهاحاليئًا: تكنولوجيا السيليكون
التقليدية» والسيليكون المشدود» والحوسبة الكمومية والجزيئية» وسبائك الجر مانيوم -
السيليكونء والبوابات الفلزيّة غير السيليكونية ذات ثابت عزل (K)‏ مرتفع » وأنابيب
ذات أساس كربونى (أنابيب الغرافين)» والسيليكون ذا التركيب النانوي» وأشباه
الموصلات (InSb, InAs, InGaAs) H-V s tu‏ وعوازل InAlAs‏ ورکائز
الجرمانيوم شبه الموصلة . وإضافة إلى هذه التحديات OB‏ ثمة Ub‏ متزايد! على صنع

MV

الرقائق الموثوقة. لقد أبرمت شركة GUS AMD‏ في آذار/ مارس من عام Yt tS‏
تشترك بموجبه مع إمارة أبو ظبي في تأسيس شركة جديدة لصناعة الرقائق . وتستثمر أبو
ظبي E,Y‏ مليار دولار في هذا المشروع . وستقوم الشركة ببناء موقع في نيويورك»
وتطوير آخر في درسدن بألمانيا؛ وكذلك بناء موقع آخر جديد في أبو ظبي عام ۲۰۱۵ .
ويبقى أن نرى ما إذا كان هذا الملشروع سيجعل أبو ظبي S16, Ss‏ للابتكار
التكنولوجي ؛ أي شارع «ساندهل Sand Hill‏ آخر .

تقليص الترانزستورات ۰

غلى مدى السنوات الخمسين الماضية » أصبحت الحواسيب الإلكترونية أكثر قوة؛ في
حين val‏ حجم الترانزستور, e ite‏ الأساسية. والحق أن صناعة
الإلكترونيات الدقيقة باتت متقدمة جد في الأجهزة الصغيرة المصنعة ؛ مثل : الدارات
المتكاملة» أو الأنظمة الكهرميكانيكية الثانوية. ولبلوغ هذا الهدف» استخدمت
الصناعة مجموعة متنوعة من الطرق المتقدمة؛ منها الطباعة الحجرية الضوئية. وقد
WE‏ هذه الطريقة هي السائدة في مجال التنميط» منذ بزوغ عصر أشباه الموصلات؛
وهي قادرة على إنتاج Shes LU‏ حدود ٠٠١‏ نانومتر» باستخدام موجات قصيرة
جد ذات طول موجي يبلغ VAY‏ نانومترا . إن استخدام الأشعة فوق البنفسجية الشديدة
للطباعة الحجرية هو شكل من أشكال الطباعة الحجرية الضوئية باستخدام موجات فائقة
القصر )0 ٠١,‏ نانومتر). وثمة تقنيات أخرى للطباعة الحجرية الثانوية» تشمل الطباعة
الحجرية بالأشعة السينية» التي من الممكن زيادة gall Resolution be z‏ [أي
الفصل بين النقط] ليصل إلى ١5‏ نانومترا؛ وذلك باستخدام موجات قصيرة بطول
نانومتر واحد للإنارة. والعمل ما زال مستمرا على أداة للطباعة الحجرية تستخدم
سلسلة من المرايا الرّقمية الصغيرة» لتتلاعب مباشرة بالضوء المنعكس ؛ من دون الحاجة
إلى تدخل القناع .

ومع ذلك Op‏ قوانين ميكانيكا الكم» والقيود المفروضة على تقنيات التصنيع» قد
توقف قريبًا الانخفاض المتزايد في أحجام الترانزستورات التقليدية [من نوع «تأثير

MA

أ. د. منير aa‏

المجال» [FET‏ السائرة CL‏ . إن ees‏ من الباحثين في مجال الجيل القادم من
الإلكترونيّات يعتقدون col‏ خلال السنوات ال(١٠-١٠)‏ المقبلةء كلما تقلصت
الترانزستورات من أبعادها الحالية البالغة ما يتراوح من Yos‏ نانومترا إلى ٠٠١‏ نانومتر
أو أقل» فإن تصنيع الأجهزة سيصبح أكثر صعوية وأعلى كلفة . أضف إلى ذلك أنها
Le,‏ لن تعمل بفاعلية في الدّآرات الإلكترونية المتكاملة الفائقة aas‏ الكثافة .

وعندما يصل المرء إلى حدود الحجم الخاصة بديناميكا الكم لحركة الشحنات» فإنها
تنطلق بقوة وتبدأ بالسيطرة. ويمكننا الاستفادة من التأثيرات الكمومية المختلفة في بناء
مفتاح تبديل إلكتروني نانومتري» لاستعماله في إنشاء حواسيب إلكترونية متكاملة
فائقة الكثافة » بناء على التأثيرات الكمومية أيضًا. على صعيد آخرء تقوم مجموعات
bs tS‏ الشات TRES‏ وفى الصناعة» بإجراء تجارب على جسيمات
السيليكون النانوية . فوضع الباحشون هذه الجسيمات في أحشاء الترانزستورات»
للارتقاء بها إلى أجهزة الحالة الصلبة ذات التأثيرات الكمومية» وذات الإلكترون
الواحد. لقد أصبح الترانزستور رقمياء ويعمل بتيار منخفض للغاية في حدود
إلكترون واحد؛ كما أصبح أسرع » وبات يحتاج إلى طاقة أقل بكثير للتشغيل .

Strained Nano Transistors ستورات النانويّة المشدودة‎ Beets

عند هذه النقطة في التصغير » وجد بعض العلماء أن ثمة مجالاً لتحسين سرعة
الترانزستور» من دون aber‏ أصغر حجمًا . ويمكننا أن fad‏ الترانزستور يعمل أسرع إذا
شددناه قليلاً؛ بحيث تنزاح col‏ السيليكون في أحشائه بعض الشيء عن مكانها
الطبيعى فى البنية الذريّة الداخلية . وهذا أمر مشابه لآلية شد الصفيحة البلاستيكية.
ERN RSEN‏ ال EC EY‏

وفي التصنيع الفعلي للأجهزة: فإ السيليكون I Y‏ ميكانيكيا؛ وإ وإنّما يتمدد
ببساطة من خلال إنمائه فوق مادّة تكون ذراتها AST‏ تباعدًا من ذرات السيليكون» مثل
الجرمانيوم. GLSI]‏ ذرّات الجرمانيوم يفوق بنسبة مئوية صغيرة (4/) تباعد ذرات
السيليكون؛ وهذا كاف . لقد أنجز ذلك من خلال إنماء ركيزة مصنوعة من سبيكة من

12A

سسس
السيليكون_الجرمانيوم £SiGe‏ ومن ثم زراعة طبقة رقيقة من السيليكون فوقها. ونجدر
الإشارة إلى أن وضع طبقة السيليكون على ركيزة السيليكون. الجرمانيوم يؤدي إلى
شدها. فعلى سبيل JU‏ عند اصطفاف الذرات في طبقة السيليكون مع ذرات طبقة
السيليكون ce gle tI‏ التي تكون فيها الذرات أكثر ets‏ قإن الروابط بين ذرات
السيليكون تصبح مشدودة (متباعدة)؛ فيتكون ما يطلق عليه اسم السيليكون المشدود .
وعندما تتحرك cola‏ السيليكون بعيدًا عن بعضها بعضاء فإن القوى الذرية بينها تنهار .
وتتداخل هذه القوى مع حركة الإلكترونات, أو تدفق التيار في داخل الترانزستور.
ومن ثم فإن الانخفاض في القوى يسمح للإلكترونات في الرقاقة بالتحرك بشكل
أسرع ؛ ما يؤدي إلى أداء أفضل للرقاقة الإلكترونية» وانخفاض في استهلاك الطافة .
ويمكن أن تتحرك هذه الإلكترونات بشكل أسرع بنسبة AV‏ ؛ ما يسمح لترانزستورات
السيليكون المشدودة OL‏ تعمل بنسبة © "7/ أسرع من مثيلاتها غير المشدودة .

وُصف هذا التأثير على أيدي باحثين في معهد مساتشوستس للتكنولوجيا (حسن
نايفة وديمتري أنطونيادس (Demetri Antoniadis‏ . وقد تحقق تحسن كبير في هذه
التقنية . وفي الآونة الأخيرة» ضعت هذه التقنية المحسّنة موضع التنفيذ في أجهزة آي
بي IBM o)‏ على أيدي الباحث حسن نايفة وزملائه .

ترانزستورات الجرمانيوم النانوية على السيليكون

تتحرك الإلكترونات في الجرمانيوم النقي أسرع مما تتحرك في السيليكون؛
وبالتتيجة» فسيكون من المعقول أن نتحول من ترانزستورات السيليكون إلى
ترانزستورات الجرمانيوم. وهذا هو السبب في بروز الجرمانيوم مرشحا GS‏ لتعزيز
السيليكون» إن لم نقّل الحلول edes‏ في تطبيقات الأجهزة الإلكترونية. ومع
pulis‏ نود أن نبقى على ركيزة السيليكون ؛ BY‏ هنالك احتياجات أخرى مهمة»› أو
حتى LL‏ لتلك الركيزة. وهذا يشمل متطلبات أخرى للأجهزة» مثل الكلفة وعدم
الاستقرار البيئي؛ إذ إن أكسيد الجرمانيوم يذوب في الماء .

يتطلّب الاحتفاظ بركيزة السيليكون نمو طبقة رقيقة من الجرمانيوم عليها. مع
ذلك » فإن التكامل في تقنية السيليكون هذه يعيقه عدم التطابق في مكونات الركيزة؛ إذ

10۰

أ. د. منير نايفة
إن المسافات بين الذرّات في الجرمانيوم [كما ذكرنا] أكبر منها في السيليكون HER‏
وعدم التطابق هذا يجعل bw a‏ سم Islanding Spall‏ والانخلاعات
15 النشاز . وعادة تتشکل هذه الانخلاعات عند التداخل بين ركيزة
السيليكون وطبقة الجرمانيوم منتهية عند سطح تلك الطبقة على هيئة خيوط من
الانخلاعات؛ ما يؤدي إلى تدهور أداء الجهاز. في الآونة الأخيرة» طورت مجموعة
بحث في جامعة ستانفورد (عمار نايفة وكريشنا سراسوات (Krishna Saraswat‏
أساليب مبتكرة لحل هذه المشكلة . وفي إطار هذه الأساليب» ينمو الجرمانيوم على
السيليكون» e Jb‏ من عدم التطابق الشبكي الكبير بينهما CE)‏ وذلك بدمج
الهيدروجين في مرحلة النمو بال حرارة . Jia liag‏ من حاجز انتشار الجرمانيوم»
ويحسن بصورة كبيرة حشونة السطح؛ عدا أن من شأنه السماح بالتكامل مع
التكنولوجيا القياسية الإلكترونية للسيليكون» للتطبيقات العالية الأداء .

لقد استخدم فريق ستانفورد بنجاح تقنية النمو المتغايرة غير المألوفة» للحصول على
ترانزستورات عالية celo‏ مصنوعة من طبقات من الجرمانيوم النامية مباشرة على
ركائز من السيليكون.

ترانزستورات «موسفت MOSFET‏ النانوية

تواجه الدارات المتكاملة العالية الكثافة 810106 تحديات في تطورها الرامي إلى
الوصول إلى الأداء الععالي للأجهزة؛ فأداء تلك الدارات LÀ‏ بتصغير أبعاد
الترانزستور» التى هى الآن أبعاد نانوية . لقد قادت الأبعاد المنخفضة إلى هندسة
الأجهزة فى إطار تقنيات» مثل : LDD si AHLATID‏ والإمالة بزاوية كبيرة»
LATID‏ وترانزستورات موسفت MOSFET‏ المهندّسة المصرف Drain‏ . ودخلت تقنية
موسفت أونو ONO MOSFETS‏ الميدان لرفع معامل انهيار العزل الكهربائي للبوابة»
الذي يكون أكثر وضوحًا باستخدام مواد ذات ثابت dje‏ كهربائي مرتفع؛ مثل أكسيد
الهافنيوم و110. وإلى جانب ترانزستور موسفت المهندس »ثمة تقنية تدعى السيليكون
على العازل 501 ؛ وهي تقنية بديلة للتغلب على ظاهرة تأثيرات القناة القصيرة (لا

301

سيما الناقلات الساخنة) في الدارات المتكاملة العالية الكثافة . إن نبائط تقنية 501 يمكن
أن تكون ذات بوابة مفردة أو مزدوجة؛ مستطيلة أو محيطية . ولترانزستورات موسفت
الكبيرة ميزة تتضمن التطعيم على شكل calla‏ للحد من تأثير التأين C‏ مناطق
التصريف.

لقد أدخلت تقنيات ججديدة في مجال ترانزستورات موسفت الثانوية. Oly‏
ترانزستورات موسفت الفائقة Bi‏ وترائزستورات موسفت البالستية» التي تعتمد فيها
نماذج النقل الإلكترونية على النقل البالستي» هي المرشحة للاستخدام في الدارات
المتكاملة العالية الكثافة في مستقبل الأيام . وثمة بديل آخر لترانزستورات تأثير المجال
النانوية e NanoFETs‏ مع آنه ما زال غير مستعد على الإطلاق للاندماج في الدارات
المتكاملة العالية الكثافة؛ ألا وهو ترانزستور موسفت ذو الأنابيب النانوية الكربونية .
وقد لوحظ الأمر ذاته في حالة الترانزستورات الجحزيئية» التي ما زالت قيد الاستكشاف
والتطوير.

أجهزة الذاكرة الثانوية

شاع استخدام ذاكرة «الفلاش (Flash‏ التي هي ضَرب غير متطاير Nonvolatile‏
من الذاكرة» لا يحتاج إلى طاقة لتخزين المعلومات ‏ بصورة متنامية في الأجهزة
الاستهلاكية . واليوم» فإن أجهزة الفلاش هي أجهزة تخزن المعلومات عن طريق تطبيق
مجال كهربائي على «بوابة عائمة»؛ وهي في الأساس قطعة من السيليكون المتعدد
البلورات في مركز ترانزستور. هذه البوابة محاطة بمادة عازلة تحتاج إلى أن تكون
سميكة نسبيا؛ بحيث لا تسمح العيوب الصغيرة فيها للشحنة بالتسرب. نتيجة
لذلك. lex Op‏ مثل «الآيبود iPod‏ النانوي» الذي يستخدم الفلاش بشكل أساسي
ويحزم ٤‏ غيغابايت من الذاكرة ضمن إطار صغيرء لا يزال يحمل الكثير من المواد غير
الفعالة .

إن حلول الذاكرة التقليدية الحالية هى بصدد الوصول إلى حدودها الآن؛ سواء من
tae‏ السعة» أو ode pall‏ أو e Laco‏ اميل المقبل من Mel VL‏ لقدبات
االتحجيم' الآن مسألة خخطيرة لصناعة الذاكرة . فبحلول عام 270٠١‏ توقعت الأسواق

١65

أ. د . منير نايفة

الثانوية بروز أربعة قطاعات رئيسية؛ هى : MRAM‏ وأوقونيك Ovonic‏ والذاكرة
اللجسمة» وذاكرة البلورات النانوية . l‏

إن أحد أبرز حلول تكنولوجيا التانو يتمثّل في تكنولوجيا جسيمات السيليكون
الثانوية» التي كان أول من اقترحها تيواري Tiwari‏ وحنفي من شركة أي بي TBM el‏
ds.‏ هه الو o odios aed‏ المت os Gas‏ ابو بلورات السيليكوة
الصغيرة» المفصولة بعضها عن بعض بكميات ضئيلة من المواد العازلة . والنتيجة هي أن
العزل المطلوب E‏ بكثير؛ بحيث تحتل الذاكرة نصف المساحة . بعبارة أخرى» OU‏
الأداة ذات الأساس الفلاشي تستطيع حَمْل be‏ المعلومات . إن تقليص العزل يقل
Cal‏ من الجهد اللازم لتخزين المعلومات . وهذا يجعل دمج ذاكرة الفلاش أسهل بكثير
مع معالجة المعلومات على الرقاقة قة نفسها؛ الأمر الذي يخفض التكاليف . ويمكن أن
تتيح تقنية ذاكرة الجسيمات النانوية وضع ذاكرة غير متطايرة في رقاقة وحدة المعالجة
المركزية؛ ما يزيد من زمن الوصول إلى البيانات» ويقلل الطاقة اللازمة وأعداد
الرقاقات .

وثمّة مجموعات وشركات عدة تتسابق لتنفيذ تكنولوجيا جسيمات السيليكون
الثانوية. فقد cols‏ شركات مهمة؛ مئل : إنتل Intel‏ وفريسكيل «Freescale‏
وميكرون «Micron‏ وسامس ونغ Samsung‏ وإس تي مايكرو إلكترونيكس
STMicroelectronics‏ ترسخ قواعد التكنولوجيا الجديدة لحقبة ما بعد الفلاش ؛ وهي
تميل إلى استخدام الذاكرات الأوقونية «Ovonic‏ وذاكرات البلورات الثانوية على نحو
(e‏ . وقد أنتتجت» نموذجًا لخلايا الذاكرة» أجهزة ذات مواسعات «فلز - أكسيد- شبه
موصل «(MOS‏ تحتوي على الأجزاء الخارجية المنتتجة. وهي عبارة عن جسيمات
سيليكونية نانوية متطابقة col‏ حجم ثابت» وكروية الشكل في حدود نانومتر واحد.
sel‏ ذلك على أيدي فريق مشترك من معهد ماساتشوستس MIT,‏ (أسامة نايفة وديمتري
أنطونيادسن) »ومن جامعة إيلينوي في إربانا شامبين (كيقن مانتي Kevin Mantey‏
ومنير نايفة)» لاستخدام تلك الأجهزة في ذاكرات EEPROM‏ الفلاشية في قادم الأيام ؛
من دون إجراء تغييرات في عملية التصنيع القياسية بتقنية CMOS‏ . وباستخدام حجم

woy

ثابت للجسيمات في حدود نانومتر واحد» عرض [فريقنا [lia‏ خصائص أجهزة
الذاكرة النانوية المثالية؛ مهدا الطريق أمام اندماج جسيمات السيليكون النانوية في
قاعدة CMOS‏ السيليكونية القياسية» مع خفض المقاس إلى نانومتر واحد.

الاتصالات على الرقاقة الواحدة ومن رقاقة لأخرى

كلّما أصبحت الأجهزة أصغر وأصغرء باتت أسلاك التوصيل الفلزية هى العامل
المحدد وعنق الزجاجة . والبديل هو الربط الضوئي لتبادل البيانات على Te‏ الذي
يشكل موضوعا جديرا بالاهتمام للتغلب على المخاوف المتعلقة بالسرعة» وضمان
سلامة الإشارات» بالوصلات الكهربائية في المستقبل . وهنالك جهد موصول لتطوير
أجهزة ذات كفاءة عالية تقوم على استخدام مواد نانومترية» مثل أجهزة الاستشعار
النانوية والكواشف الضوئية» لتطبيق الربط الضوئي من رقاقة لأخرى» ومن لوحة
لأخرى. وكان من المنتظر بحلول عام CY * Y‏ عندما تتجاوز المعالجات ترددات توقيت
مقدارها ١١,4‏ غيغاهيرتز» أن تكون ثمة حاجة إلى الروابط الضوئية للخروج من عنق
الزجاجة؛ فيما يتعلق بالاتصال من رقاقة لأخرى» ومن لوحة لأخرى. علاوة على
ذلك. فن أحد أهم العوامل التي ad‏ من أداء المعالجات في المستقبل» وتستهلك القسط
الأكبر من طاقة المعاالجة» هو شبكة توزيع نبضات التوقيت. وهنالك بديل لشبكات
التوزيع الكهربائية» يتمثل في استخدام شبكة للتوزيع الضوئي على المستوى العالمي .
ويمكن توزيع الضوء على مستقبلات متعددة عبر الرقاقة بانحراف منخفض . وإذا أمكن
تحويل هذا الضوء بكفاءة إلى إشارة كهربائية» عندئذ تصبح هذه الفكرة بديلاً مجديًا .

إن التقنيات dal‏ للكواشف الضوئية والبواعث الضوئية تستخام أنظمة
111-7» مثل GaAs‏ . ولأن الكواشف السيليكونية استّعملت بشكل كبير في تقنية
95 السيليكونية التقليدية» OL‏ بذل الجهود من أجل تخفيض الكلفة المرتبطة
باستخدام هذا النوع من الكواشف يبدو ذا أهمية كبيرة؛ مقارنة بالتوجه إلى استخدام
كواشف غير سيليكونية. وفي الآونة الأخيرة» حسن باحثو شركة آي بي IBM e]‏
تكنولوجيا الكواشف السيليكونية . فقد دمجوا بقدر كبير من التناغم Gi eaa GALS‏
يحقق معدّل كشف عن البيانات أعلى بكثير (١١غيغابايت‏ في الثانية)؛ مقارنة

iot

أ. د. منير نايفة

بالكواشف الضوئية السيليكونية السابقة . وبذلك» مهدوا الطريق pl‏ استخدام الربط
Spal‏ :تن زقافة إلى cala o] os pnl Se Dopey cs el‏ الكت qa‏
الثانوية 21 على استخدام طبقات بالغة الرقة من السيليكون والجرمانيوم وجسيمات
GeSi‏ الثانوية أو النقط الكمومية عرضت مؤخراء لكن بفاعلية متوسطة. وقامت
مجموعة نايفة في جامعة إيلينوي ببناء كواشف ضوئية نانوية من خلال ترسيب طبقة
رقيقة بسماكة نانومتر واحد من جسيمات السيليكون النانوية » على ركيزة سيليكونية
من النوع الموجب» بفاعلية تحويل جيدة؛ تحت الإستشعاع Irradiation‏ فوق

الليزر على رقاقة

of Ul‏ الضوء يكن أن ينبعث من جسيمات السيليكون التانوية بكفاءة» فقد كان
لورنزو بافيسي Lorenzo Pavesi‏ في إيطاليا يعمل في منافسة مع فريق إيلينوي لاختبار
سلوك الليزر مع السيليكون. فزرع أيونات أو ذرات من السيليكون باستخدام مسارع
في لوح من الرّجاج» وقام بتسخينه لدرجات حرارة عالية؛ إلى أن شرعت أيونات
السيليكون بالتحرك بحرية أكبر في الركيزة. وحين بردت الركيزة في وقت
Nucleated eie ay‏ ذرات السيليكون؛ Ke‏ )4 جسيمات سيليكون نانوية قطرها
Y‏ نانومترات تقريبّا» فيما يشبه تشكل قطرات المطر. بعدهاء فحص لوح الزجاج»
ونشر تقريرا في مجلة Nature‏ يفيد بالحصول على بوادر كسب ؛ ما يعني أن سلوك
الليزر يكون مجديا إذا تحققت شروط أخرى معينة .

وفى هذه الأثناءء نشرت مجموعة نايفة سلسلة من الأوراق في مجلة Applied‏
Physics Letters‏ حول جسيمات سيليكونية نانوية» Cam‏ ال عليها Jall‏ .
ويشار فى تلك الأوراق إلى رصد انبعاث مستحث وعلامة على جدوى سلوك الليزر؛
إضافة إلى رصد قذف حزم صغيرة lhe‏ (مجهريّة)» اتجة من تجميع الجسيمات. وعدا
Git‏ شديدة اللمعان» op‏ الطبقات المعاد تكوينهاء أو التجمعات الناتجة عن عائلة
الجسيمات. تبدي ظاهرة الانبعاث المستحث» الذي هو شرط ضروري لتوليد أشعة
الليزر. وحين نشرت مجلة Nature‏ نتائج مجموعتي بافيسي ونايفة في قسم
التقارير» أشارت إلى أن أجهزة السيليكون الباعثة للضوء _إذا ثبت ذلك من الممكن

Yoo

أن تقودفي النهاية إلى ظهور ليزر على الرقاقة؛ وإلى جيل جديد من رقائق
السيليكون؛ وإلى توسيع وظائف تكنولوجيا السيليكون» من الإلكترونيات الدقيقة
إلى الإلكترونيات AS pall‏

ما بعد الحوسبة السيليكونية

الإلكترونيّات الجزيئية العضوية

البديل عن ترانزستور تأثير المجال هو استخدام جهاز إلكتروني جزيئي. Cu‏
تجرى دراسات على هذه التكنولوجيا الجديدة» نظرًا لوجود احتمال قوي OM‏ تخلف
تكنولوجيا الإلكترونيات السيليكونية التقليدية . وأحد جوانب الإلكترونيات الجزيئية
هو صنع أجهزة تتحكم بوظائفها جزيئات مفردة. Lgl ua;‏ واعدة جداء فثمة تحديات
أساسية جديدة تقف في طريق تصنيع مثل هذه الأجهزة . وقد جعلت تلك التحديات
التقديرات تشير إلى أن الاتجاه العام لتطبيقات هذه التكنولوجيا سيكون في منتصف
القرن الحادي والعشرين على وجه التقريب . إن الحافز لحدوث تغيير جذري من هذا
القبيل هو أن الجزيئات هي بطبيعتها تراكيب ذات مقياس نانومتري. على سبيل
JLN‏ فان سلسلة من الحلقات العطرية الصو ها نهم Vide!‏ سان
تعمل كأسلاك موصلة لكهرباء يكن استخدامها في توصيلات الأجهزة. وتعمل
مجموعات الثيول CSH) Thiol‏ الوظيفية jm iladi‏ السلك الحزيئي «شابكات
Lay J Alligator Clips iz C.‏ الوحدات الإلكترونية الجزيئية على الركائز الفلزية .
إن أنابيب الكربون i ÜI‏ تصلح للاستخدام كأسلاك كهربائية أو دعامات لعناصر
الدارات الجزيئية ‏ مثلاً» عند Ya‏ بذرّات فلز موصل - لتكوين أقوى الأسلاك النانوية
الممكنة ee S‏ من حيث البثية. وقد تعمل تشكيلات أخرى من الجزيثات عمل
صمام ثنائي مقوم «Rectifier‏ أو «Amplifier pda»‏ كما في الترانزستور. وعلى
الجانب الآخر من هذا المجالء يمكن استخدام جزيئات الحمض التووي والجسيمات
الثانوية في التوصيف الكهربائي الجزيئي .

yor

أ. د. متير نأيقة

Gabe‏ للدراكيب النّانوية المبنيّة من المواد الصلبة الكبيرة الحجم. فإنّهِ يمكن جعل
الجزيئات متطابقة e‏ بشمن بخس وبسهولة » بواسطة مليارات التريليونات التي سنحتاج
إليها لإنتاج أجهزة الحاسوب الإلكترونية النانوية الفائقة الكثافة على المستوى
الصناعي . والتحديان الأساسيان هما: استنباط تراكيب جزيئية تعمل كمفاتيح
كهربائي ؛ وتجميع تلك الجزيئات في الهياكل الممتدة الدقيقة اللازمة لإجراء حوسبة

ow a ud : “ : M e “e ر‎ 5 ^R
مولوفه . وما من شك في أن التقدم النظري والعملي المثير نحو مواجهة هذين التحديين‎
. لايزال فى بداياته الأولى‎

4j]‏ ليس من المستغرب تسمية الإلكترونيات الجزيئيّة #اختراق العام؛ من جانب مجلة
العلوم Science Magazine‏ عام ۲٠١‏ ؛ فالإمكانات الفريدة للإلكترونيات الجزيئية
هي أساس تقنية «من الأسفل إلى الأعلى» للتجمع الذاتي المتأصل في الجسيمات
الصغيرة» كالجزيئات» فى الأجهزة والدارات . وهذا بحد ذاته Jg‏ نقلة نوعية ؛ مقارنة
بنهج أشباه الموصلات «من الأعلى إلى الأسفل» . علاوة على ذلك» فإن بساطة هذا
التهج توفر ميزة اقتصادية كبيرة على النهج التقليدي؛ الذي cas‏ فيه تكاليف معالجة
الرّقاقات؛ لتقترب من عشرات المليارات من الدولارات .

الحوسبة الكمومية

حدثت الاختراقات في مجال الحوسبة الكمومية في أواخر تسعينيات القرن
العشرين. وتستخدم حواسيب كمومية تحت التطوير مكونات جزيء كلوروفورم
Chloroform‏ (تركيبة من ذرّات الكلور وذرات الهيدروجين)؛ وشكلاً معدلا من
التقنية الطبية المعروفة المسماة التصوير بالرنين المغناطيسي MRI‏ لإجراء الحوسبة على
المستوى Seal Ladi‏ العلماء فرعًا من فروع الفيزياء» هو ميكانيكا الكم» يصف
نشاط الجسيمات دون الذرّية أي الجسيمات التي تتشكل منها الذرات- أساسًا
للحوسبة الكموميّة. ورا تغدو الحواسيب الكمومية أسرع من الحواسيب الراهنة
بآلاف الملايين من ecol A‏ لأنها تستفيد من القوانين التي تحكم سلوك الجسيمات

1oy

TER Rt‏ “ااال
المكونة للذرة . وتتيح هذه القوانين للحاسوب الكمومي فحص جميع الأجوبة المحتملة
لاستعلام ما في وقت واحد. ومن الممكن أن تتضمن الاستخدامات المستقبلية

للحواسيب الكموميّة فك الشيفرات» والاستعلام باستعمال قواعد بيانات كبيرة.

الصحة

اجهزة الاستشعار البيوكيميائية النانويّة

استغلّت تكنولوجيا الثّانو لبناء مجموعة متنوعة من المجسات الثانوية لرصد النشاط
الخلوي» أو المجسّات الحسّاسة للملوثات. ونعطي هنا بعض الأمثلة على هذه
التكنولوجيا. فقد بي أحد المجسات المثيرة باستخدام ألياف ضوثية من الكوارتز ذات
أبعاد صغيرة جد (١٠نانومترات‏ - ٠٠١‏ نانومتر). cd‏ مضاد حيوي (Benzo [a]‏
pyrene tetrol (BPT))‏ عبر التكافؤ التساهمي بطرف الليف الضوئي» ووضع الليف
داخل خلية لمراقبة نشاط المضاد الحيوي . إن بناء القدرة على رصد العمليات الكيميائية
الحيوية في LAH‏ المفردة من شأنه أن يجد طريقه بالتأكيد إلى التطبيق في مجال الحرب
PR the J PER PEE BEC‏ الاستشعار SAM‏ والدفاع» أو لحماية الجنود
والسكان.

mom هو استخدام كرات جسيمات البوليمر الثانوية‎ OU مثال‎ ai
أعشية‎ soo few id . التي يمكن أن تبلغ من الصغر دون ۵ نانو مترات‎ » (Dendrimers
les calli ا ت‎ oes, d

أو التغيرات قبل الخبيثة والسسّرطانية» داحل الخلايا الجية عن طريق الإشعاع » على سبيل
SL‏ ويمكن وصل تلك الكُرات النانوية بعرى تتوهّج بوجود البروتينات المرتبطة مع
موت LAH‏

إن المجسات الثانوية التي P5‏ مع المواد ذات الأهمية في الكيمياء أو في الطب
الحيوي يکن بناؤها من الفلزات أو أشباه الموصلات . AL‏ جزيئات من الذهب ذات
أبعاد نانومترية بطبقات أحادية الجزيئات من الألكانشيول الفاعل على السطوح
Surfactant‏ . وهذا التغليف يعمل جيداء لأن الكبريت ينزع إلى التجمع على الذهب .

1OA

أ. د . منير نايقة

Mol I,‏ على هيئة طبقات رقيقة على أقطاب كهربائية مجهرية
Digitized 225).‏ . وتكون لهذه الطبقات الرقيقة القدرة على جس الأبخرة الخطرة .
إن وضع طبقة رقيقة من جسيمات السيليكون الثانوية على سيليكون نانوي عالي
التطعيم» أو على ركيزة من الغرافيت » يجعل من الممكن الحصول على جهاز استشعار
للغلوكوز؛ فيما يتعلق بمرض السكري» أو عقاقير الدوپامين للعصبونات Neurons‏ .

الجزيئات المفردة والتصوير الخلوي في الخلايا الحيّة

إن الجسيمات الثانوية المنوهجة ذات أهمية للطب الحيوي» خاصة إذا كانت M‏ 3
التانويّة لامعة للغاية وذات كفاءة كمومية عالية لبث الإشعاع . في هذا التطبيق» تُغلّف
الجزيئات بمجموعات وظيفية؛ مثل : حمض الكربوكسيل» أو الأمين» أو الثيول.
عندئذ» يصبح السطح نشطًا كيميائيًا؛ بحيث يكن ربطه بالأجسام المضادة لمرض
معيّن. وحين تضاف هذه إلى عينة في المختبر أو تحقن في الجسمء فإنها تكون قادرة
على الاتصال بسيماء المرض المستهدف ؛ فتصبغ من ثم الخلية أو الجزيء. ولأن بعض
جسيمات أشباه الموصلات المتاحة اليوم لامعة بجا يكفي لملاحظة الضوء المنبعث من
أحدها باستخدام التكنولوجيا الطبية Hal‏ فإنه يمكن ملاحظة الجزيء الواحد أو
الخلية الواحدة المصابة بالمرض Lus‏ لقد استخدمت جسيمات أشباه الموصلات من
5 أو 005 في مدى 8-5 نانومترات تقريبًا من جانب الباحثين أليقيساتوس
وناي Nei‏ كما استخدمت جسيمات السيليكون الثانوية اللامتناهية الصغر في هذا
النوع من التطبيقات. واستطاع الباحث واي منغ يو emin Yu‏ من مستشفى
Riley Jul;‏ للأطفال في إنديانا بوليس بالولايات المنحدة الأمريكية صبغ الخلايا
السرطانية في كُلية كلب » وتصوير الجسيمات على الخلايا باستخدام المسح المجهري في
مجال الفيمتوثانية. واستخدمت الباحثة حنان ملكاوي هذه التقنية في صبغ
البكتيريا E. coli‏ وتصويرها باستخدام مجهر إلكتروني قوي» في جامعة اليرموك
بمدينة إربد فى الأردث. كما صبغت الباحثة منى حسونة خلايا سرطان الثدي وصورتها
Agli ec biet‏ تلك جسيمات براقة تمَكّن المجسات التانوية الفلورية من
تحليل الخلايا الحية بحساسية فائقة. وفي حال نجاحهاء فلريّما تكون بديلاً قابلاً للحياة

0۹

للتكنولوجيا المستخدمة حاليًا؛ وهی تكنولوجيا الفلوروفور Fluorophore‏
l KUR)‏

مستحضترات اكتحميل التاتوئة

S‏ البحوث النشطة OL‏ في مجال تطوير منتجات العناية بالبشرة على استعمال
الخبرات الأكثر ras‏ في الأحياء الدقيقة وتكنولوجيا التانو في صناعة تلك
الممتحضرات . فقد درس العلماء مجموعة من OLS‏ الجديدة والناشغة : من مركبات
التجميل المضادة للشيخوخة» وإصلاح البشرة والعناية بها بواةوالترطيية Sela‏ إلى
العناصر ols‏ الخصائص المضاذة للميكروبات» والمقاومة للتهيج . ويباف PRR‏
UD‏ & من الفلرّات (الذهب» والفضة:؛ والبلاتين)» ومن أكاسيد ee all‏ ومن
الكربون» إلى هذه المنتتجات. كما Jas‏ حاليًا في إمكانية استعمال الجسيمات النانوية
من السيليكوت: وتقوم الباحثة ابتسام العليّان من جامعة ا ملك سعود بدراسة تقييمية
لمدى سمّيّة الجمسيمات الثانوية الذائبة في زيت الجلد أو زيت السيليكون GE uad‏
يُستخدم المواد الحيوانيّة . WS cas‏ جسيمات التانو حاليًا للاستخدام للحماية من
الأشعة فوق البنفسجية الضارة؛ ولتوفير مسار بديل للأكسدة» للتخفيف من أكسدة
الخلايا. وإنّ استخدام SINS pa‏ يطرح قضايا جديدة تتعلق AIAN‏ والسلامة»
والتنمية؛ وبالتقنيات» والتنظيمات المستخدمة فيما يرتبط بنواحي تقييم السلامة .

التكنولوجيا الكيميائية

الترشيح النانوي

هو واحد من التطبيقات المبششّرة في مجال تنقية المياه . في عملية الترشيح. يُوظّف
تدج الضغط JE‏ الانتقائي مواد مذابة ومذيبات معينة عبر غشاء. . وهذه العملية
مشابهة للتناضح Osmosis‏ العكسي . إن أغشية الثانو تنزع إلى أن تكون أعلى نفاذية ؛
الأمر الذي يتطلب fi x o‏ ومن ثم طاقة أقل. ومن السّمات الأخرى لتلك
المرشحات Gil‏ انتقائية ؛ فهي قادرة على إزالة أملاح محددة مثل كبريتات المغنيسيوم

Aa paiana]
العكسيّ عمومًا يركز على إزالة جميع الأملاح من المياه.‎ aUo] MgSO,
وتشمل التطبيقات تطرية المياه؛ وإزالة الملوثات» مثل مبيدات الأعشاب» من المياه‎
AB الصالحة للشرب . وهذه التكنولوجيا يمكن أيضا رفع مستواهاء من خلال‎
محاليل كهرلية متعددة الطبقات كأغشية ترشيح نانوية عالية التدفق . كما يمكنها فصل‎
و 50,2 مقدارها ألف؛‎ CE الأنيونات الأحادية التكافؤ والثنائية التكافؤ بانتقائية بين‎
وكذلك الجمزيئات العضوية الصغيرة» مثل جزيئات الغلوكوز والسكروز. وحتى‎
العلماء من تحقيق تدفقات تصل إلى ثلاثة أمثال ما يكن تحقيقه باستخدام‎ SE الآن»‎
أفضل الأغشية التجارية التقليدية؛ في حين استمر الحصول على نسب رفض كبيرة‎
لأنيونات 50,2 والجزيئات العضوية الصغيرة. كما فصل العلماء غازات» مثل‎
الأكسجين والنيتروجين» باستخدام أغشية فائقة الرقّة (نانوية) تسمح بتدفقات‎
. عالية‎

PEN محفزات‎

هى طبقات رقيقةٌ من جسيمات pE‏ قد 453 Q‏ محفزات لعمليات متعددة. 9l‏
الطبقات الثَانويّة فتلك مساحة سطح كبيرة منسوبة إلى الكتلة ؛ مقارنة بالمواد المسطحة
الكبيرة. على سبيل ال مثال» OP‏ غرامًا واحدًا من جسيمات أكسيد التيتينيوم» بقطره
نانومترات» تبلغ مساحة سطحه pze 17١‏ مربعا! ونظرا OY‏ نشاط التحفيز يتناسب مع
مساحة السطحء ub‏ يمكن للمرء أن يرى لاذا تشكل طبقة جسيمات الثانو محفزا أفضل
من مكافئها العادي. وتستخدم هذه المواد لتنقية البكتيريا الموجودة في الهواء» أو في
مصادر المياه. وتكسر الجزيئات التي تسبب الروائح الكريهة في الأماكن المغلقة ؛ مثل :
الثلاجة» أو قمرة القيادة لطائرة مقاتلة . ولتعمل الجسيمات بأفضل صورة ESE‏ يجب
تعريضها للإضاءة؛ خاصة الأشعة فوق البنفسجية . فالضوء الساقط يشحن سطح
الجسيمات التي تنطلق منها البكتيرياء أو الجزيئات التي تقع عليهاء في عملية «ضوئية
مُحفزة» فعالة لتنقية البيئة. وهذه الطبقة يمكن استخدامها a‏ بوصفها غشاء نانوي
المسامية» بهدف الترشيح .

Mw

الطاقة والإضاءة

الوقود النانوي والخلايا الشمسيّة النانويّة

إن طبقة رقيقة من جسيمات السيليكون النانوية» توضع فوق قطب من السيليكون
العالي التطعيم» يمكن أن تعمل Gale‏ لأكسدة الإيثانول والميشانول أو الغلوكوز. وقد
استخدمت مجموعة ياو داه في جامعة ولاية كليقلاند» بالتعاون مع مجموعة نايفة في
جامعة إيلينوي» هذه العملية لبناء موذج تجريبي خلية وقود حيوي» لتوليد الطاقة
باستخدام جهاز صغير جدا. وهذه التقنيات واعدة في مجال تطوير مصادر طاقة
محمولة ذات كثافة عالية ومضغوطة من حيث الحجم » لاستخدامها في توليد الطاقة؛
إضافة إلى تطوير أجهزة صغيرة لتوليد الطاقة وتوزيعها على نطاق صغيرء والبنى
التتحنية المرتبطة بها. وإنّ الوحدات القابلة pW‏ في الجسمء مثل منظم ضربات القلب
أو جهاز مراقبة مستوى السكر لدى مريض السكري» هي من بين التطبيقات في هذا
الفا

O}‏ طبقة رقيقة نانومترية من جسيمات أشباه موصلات منيرة يمكنها نظريا أن تحسن
أداء الخلايا الشمسية . فمثلاًء تعمل طبقة رقيقة من جسيمات السيليكون الثانوية
بسماكة نانومتر واحد أو 4 Y‏ نانو متر» توضع على خلية شمسية سيليكونية تقليدية؛
كخلية عليا تحسن أداءها. والجدير SUL‏ أن الطبقة الرقيقة تحسن أداء الطاقة في نطاق
الأشعة فوق البنفسجية/ الزرقاء بنسبة +10 على وجه التقريب؛ وفي مجال الأشعة
is A‏ بنسبة ./٠١‏ أضف إلى ذلك أنه » بدلا من أن تلحق هذه الأشعة الضرر بالخلايا
الشمسية: OIF‏ الجسيمات السيليكونية الثانوية تول الأشعة فوق البتفسجية إلى طاقة
نافعة ؛ بمعنى أن الطبقة اللامتناهية الصغر تطيل عمر الخليّة . وقد تجلى هذا الإنجاز في
جهد تعاوني لفرق بحث كل من : محمد الصالحي من جامعة الملك سعود. وتركي آل
سعود من مدينة الملك عبد العزيز للعلوم والتكنولوجياء ومنير نايفة من جامعة
إيلينوي .

1۲

أ. د . مئير نايفة

المواسعات النانوية الفائقة

أثمرت الجهود المشتركة بين مجموعة ياو من جامعة ولاية كليقلاند ومجموعة نايفة
من جامعة إيلينوي عن بناء مواسع نانوي فائق من البوليمر. لقد دمجت جسيمات
السيليكون النانوية فى طبقة رقيقة من البولى أنلين ¢Polyaniline‏ وهو پوليمر موصل
كثيرا ما يستخدم في eo‏ المواسعات الفائقة . وتشير النتائج الأولية التي حصل عليها
إلى ارتفاع ملحوظ في مواسعة تلك الطبقة» نتيجة لدمج الجسيمات النانوية فيها. وتنم
الزيادة الملحوظة في مواسعة الطبقة المشار إليها عن طبيعة ذات مواسعة زائفة . pula‏
النتائج المبدئية إلى فاعلية استخدام جسيمات البوليمر في بناء مواسعات فائقة » ذات
قدرة تخزين عالية جدا للشحنة .

الثنائى النانوي الباعث للضوء ٠ LED‏

o]‏ عملية التصنيع الحالية للثنائي الباعث للضوء الأبيض لم تنضج با فيه الكفاية كي
ينتج على نحو JU‏ من حيث الكلفة . فعلى سبيل المثال» ثمة مجال لتحسين
التكنولوجيا الحالية لهذا الثنائي؛ با في ذلك تطوير ثنائيات Bel‏ للضوء أكثر فاعلية في
نطاق الأشعة فوق البنفسجية والضوء الأزرق . وهنالك أيضًا مشكلات في المحولات
البيضاء» مثل المواد الفوسفورية» وقدرتها على بعث ضوء ذي نطاق أوسع من الأطوال
الموجية . وعلى وجه الخصوص ‏ فإن عدم تناغم امتصاص الضوء وانبعاثه» وغياب
المرونة في شكل المواد الفوسفورية» قد باتت قضايا تؤثر في قدراتها الطيفية . إضافة إلى
ذلك» وجد أن طبقات الفوسفورات يحدث فيها انعكاس ملموس يسبب رجوع جزء
غير بسيط من ضوء الثنائي الباعث للضوء إلى الثنائي مجددا؛ ما يسبب آثارا حرارية قد
تبعل السيطرة على الثنائي أصعب . وبشكل elt‏ يتعين استخدام تصاميم أشد
صرامة للتبديد الحراري . ونظرا OY‏ استجابة الفوسفورات هي أكبر للجزء الأزرق من
ca‏ اننا" ee C‏ للشو ناث القسط البح من DAY‏ فرق esci‏ يفكل
خطورة على نظر المستهلك . ومع الأنظمة العاملة بكثافة عالية» يجب بذل الجهود لدمج
حاجبات الأشعة فوق البنفسجية . ويمكن الحديث عن المشكلات نفسها في الأصباغ
العضوية .

إن شركة يوليبرايت الدولية oUt‏ الباعثة PolyBrite International + pal‏
LED Lighting Company‏ في شيكاغو ‏ برئاسة المخترع كارل سيانا Carl Scianna‏
- هي مبتكرة لأنظمة الإضاءة باستخدام الثنائيات الباعثة للضوء الأبيض . فهي تجمع
البوليمرات مع الثنائيات الباعثة للضوء» جنا إلى جنب مع الإلكترونيات الشخصية»
لإنتاج أحدث الصناعات المتطورة في مجال الإضاءة» باستخدام الثنائيات الباعثة
للضوء الأبيض . وتعمل شركة بوليبرايت > مع نانوسي للتكنولوجيا المتقدمة
NanoSi Advanced Technology‏ « وهي شركة ناشئة من مجموعة جامعة
إيلينوي » على تطوير ثنائيات نانوية باعثة للضوء» لتحسين كفاءة الألوان وجودتها.
ويعمل الفريق على تحضير طبقات سيليكون مكونة من جسيمات نانوية؛ وذلك بخلط
جسيمات السيليكون النانوية مع مادة إيبوكسي Epoxy‏ اللاصقة والمواد الفوسفورية»
ومن ثم وضع طبقات رقيقة مركبة ملونة Ob‏ جسيمات أحادية الحجم» لتحسين
الثنائيات الباعثة للضوء الأبيض المتداولة تجاريًا. كما يجري العمل على إنتاج شرائح
متعددة الطبقات من جسيمات نانوية» لتحقيق المزيد من التحسينات .

مبادرة التحدي الكبير للبلدان التامية

کان بيتر سنغر Peter Singer‏ يتحدث عن مبادرة التحدي الكبير لتكنولوجيا الثانو؛
ردا على اقتراح من رئيس الوزراء الكندي مارتن Martin‏ . فقد اقترح هذا تخصيص ما
نسبته O‏ بالمئة من الموازنة الدولية للبحث والتطوير في مجال التكنولوجيات التي من
شأنها أن تساعد العالم النّامي . قال سنغر : «إذا ساهمت f$‏ البلدان الصناعية» فيمكننا
جمع خمسين مليار دولار». وحدد عشرة تطبيقات لتكنولوجيا الثانو من شأنها أن
تكون ذات صلة بذلك؛ إضافة ‏ بطبيعة الحال_إلى الدفاع» وتخزين البيانات»
والاتصال. وكانت قائمة سنغر على النحو الآتي :

ا تخزين الطاقة وإنتاجها وتحويلها: تعمل النقط الكمومية شبه الموصلة أو
الجسيمات النانوية على تعزيز كفاءة الخلايا الشمسية ؛ كما تساعد أنابيب الكربون
الثانوية» التي هي أقوى من الفولاذ» في تخزين الهيدروجين .

Y

أ. د. منير ag‏

-Y‏ تحسين الإنتاجية الزراعية : فمعادن الزيولايت Zeolites‏ ذات المسامية الثانوية
بمقدورها ضبط عملية إطلاق المواد المغذية .

٣د‏ تنقية المياه ومعالجتها: يمكن لمرشحات gi‏ تحلية المياه وتنقيتها من البكتيريا
والفيروسات بكفاءة عالية . كما يكن رش ante‏ نانوية على البقع الناجمة عن تسرب
النفط c‏ وفصل النفط عن الماء» وإزالة آثار التلوث .

٤‏ فحص المرض وتشخيصه : تستخدم تقنية (مختبر في رقاقة» لأخذ Xue‏ من دم
المريض» لتجرى عليها مجموعة معقّدة من الاختبارات السريرية .

5 توصيل الدواء : فالأنظمة الثانوية الذكية يمكن الاستفادة منها في توصيل الدواءء
وإطلاقه في الوقت المناسب بجرعة واحدة» تستمر فترة طويلة لعلاج مرض AM‏
نقص المناعة المكتسب HIV‏

1 معالجة الأغذية وتخزينها: يمكن لطبقات نانوية رقيقة Oe‏ أن تغنيناعن الحاجة
إلى الثلاجات .

۷ القضاء على تلوث الهواء : يمكن لجسيمات ثاني أكسيد التيتينيوم النانوية» التي
توضع في الأرصفة وطلاء المنازل» أن تحفز بوجود ضوء الشمس القضاء على ملوثات
علة.

A‏ مواد البناء المستخدمة في تشييد مساكن أرخص وأقوى(خيام فائقة الجودة» ذات
عزل cule‏ ومقاومة لانتشار الصوت).

4 مراقبة الصحة : إن تكنولوجيا النانو يمكن أن تساعد المرضى في رصد مؤشرات
رئيسية ؛ مثل مستويات الغلوكوز والكولسترول. 1

٠‏ كشف الآفات الحشرية والسيطرة عليها؛ بما في ذلك إنتاج المبيدات الحشرية
المحسّلة» والموادٌ الطاردة للحشرات .

116

تسويق مُنتجات تكنولوجيا النانو

يتبادر إلى الذهن السؤال : «ما المنتجات المحتملة التى يمكن أن تطرحها تكنولوجيا
النانو؟» . uel Ele Uf‏ من o ule pt‏ 3 هذا الجال مجر ر Chua‏
كل ste LA‏ لكن» لاذا لم 35 هذه المنتتججسات حتى OW‏ بالرغم من إنفاق ثلاثة
مليارات من الدولارات؛ إضافة إلى حشد أعداد هائلة من الباحثين المشاركين؟ لتسليط
بعض الضوء على هذا الموضوع » نحن بحاجة إلى التفكير في شروط نجاح المتتجات
الاستهلاكية لصناعة الثانو؛ عدا قضايا البيئة» والمسائل الاجتماعية (الإيجابية
والسلبية)ء وعلاقة التكنولوجيا Lh‏ العسكري. WIS‏ أن نتناول السؤال: «هل
أثبتت تكنولوجيا الثانو أنها قاعدة التكنولوجيا للقرن الحادي والعشرين؟1.

الإنفاق والسوق والمبادرات والقوى العاملة

برزت أهمية تكنولوحيا النانو من خلال بلايين الدولارات التي أنفقت لتطوير هذا
المجال في جميع أنحاء العالم؛ فضلاً عن توقعات حجم السوق التي أفصح عنها
الخبراء: #8٠‏ بليون دولار أمريكي للمواد»و١ ٠١‏ بليون دولار أمسريكي
للإلكترونيات؛ و٠۱۸‏ بليون دولار أمريكي للمواد الصيدلانية»و١١٠‏ بليون دولار
أمريكي لتصنيع المواد الكيميائية» و٠۷‏ بليون دولار أمريكي للمركبات الفضائية» و١٠‏
بليون دولار أمريكي لأدوات النمذجة» و١"‏ بليون دولار أمريكي لتحسين الرعاية
الصحية » و٥٤‏ بليون دولار أمريكي لتحقيق الاستدامة؛ أي ما يقرب من تريليون دولار
أمريكي في فترة تتراوح بين ١١‏ سنوات و7١‏ سنة.

وقد جاءت غالبية الدول الغربية بمبادرات وطنية تحدد مجالات البحث والتطوير»
وسياسات التسويق التجاري» في هذه التكنولوجيا. كما خصصت تلك الدول مبالغ
طائلة من الأموال الحكومية؛ عدا تشجيع الصناعات الخاصة على المشاركة في ذلك .
ody‏ دول آسيوية كاليابان حذو الدول الغربية في هذا الميدان. وفي الآونة
الأخيرة» دخلت دول نامية السباق . وعلى وجه التحديد» ثمة جهد منسق لرعاية هذه

VU

أ. د. منير Aa‏

التكنولوجيا في المملكة العربية السعودية. فقد أطلقت مدينة الملك عبد العزيز للعلوم
والتكنولوجيا مبادرة وطنية لتكنولوجيا الثانو. كما ختصصت وزارة التعليم العالي
السعودية موازنة كبيرة لإنشاء مراكز للتميز في تكنولوجيا النانو. وشدد الملك عبد الله
على أهمية هذا للجال» وقدّم مساهمات مباشرة إلى الجامعات التي قد تبدأ برامج
تتعلق بتكنولوجيا النانو. فجامعة الملك سعودء وجامعة الملك فهد» وجامعة الملك عبد
العزيز؛ SLT‏ كل واحدة منها GS pa‏ لتكئولوجيا الثانو. كما انتخبت جامعة الملك
سعود لإنشاء معهد يحمل اسم «معهد الملك عبد الله لتكنولوجيا الثانو» .

شروط نجاح صناعة المنتجات الاستهلاكية النانويّة

من المهم جد أن ندرك OT‏ ثمة شروطًا يجب توافرها لإنجاح عملية تسويق منتجات
النانو. من هذه الشروط : إنتاج مكونات الثانو بالشكل والحجم نفسيهماء وبدقة
لامتناهية؛ فضلاً عن التحكم فيهاء وتكرار تصنيعها في الوقت المناسب وبكلفة
منافسة . أضف إلى ذلك أن إنتاج كميات كببرة تكفي لتلبية طلب Meg cand‏ وتحقيق
متطلبات السلامة» هما قيدان مهمان آخران. وحتى إذا استوفيت هذه الشروط » تظل
هنالك مشكلة رئيسية» تكمن في تسليم منتح التانو إلى المكان الصحيح وفي وقت
قصير . وإذا كان علينا العمل على تصنيع منتج نانوي واحد فقط في أي وقتء OB‏ ذلك
سيستغرق by‏ غير محدود. عدا Dl‏ مفاهيم مثل التجميع الذاتي -إن exe‏ من
شانها أن تجعل التكنولوجيا قابلة للحياة . غير أن التجمّع الذاتي للجسيمات يسلتزم أن
تكون متطابقة . هذه هي تحديات وعقبات رئيسية من شأنها أن تُدجح أو تكسرٌ أي تطبيق
لتكنولوجيا النانو.

تكنولوجيا نانو منخفضة الكلفة

aS‏ ميزة أخرى مثيرة للاهتمام في تكنولوجيا الثانو هي حقيقة أن بعض جوانب تلك
التكنولوجيا أو مراحلها ذات كلفة منخفضة؛ وأن مجالاتها تحتاج إلى تخصصات
مترابطة [مثل : الكيمياءء والفيزياءء والأحياء» والهندسة. . . إلخ]. وفي هذا

VAY

coal‏ هنالك فرصة كبيرة لتجميع الموارد: البشرية» والمالية» والتقنية. كما تعد
تكنولوجيا الثانو واحدة من أكثر الوسائل فاعلية لتحفيز تكوين الشراكات بين
القطاعات المختلفة من أكاديمية» وصناعية» وحكومية. وهي حتى ملائمة كي تشكل
La‏ خصبة لتعاون دولي حقيقي'» يمكن للبلدان النامية الإسهام فيه بفاعلية. |

البيئة والسلامة والقضايا الاجتماعية

عند العمل في تكنولوجيا التانو» يحتاج المرء إلى النظر في المسائل المرتبطة
بالسلامة؛ با في ذلك التأثيرات المحتملة لهذه التكنولوجيا في الجينات» والوراثة؛
والمجتمع . فتكنولوجيا التانو تستخدم إلى حل كبير Ub‏ كيميائية سامة ذات آثار
Ls‏ وفي حالة ا لجسيمات الثانوية للفلزات Aas!‏ مثل الكادميوم والرصاص
والتنغستنء ثمة أدلّة على أن هذه الجسيمات قد لا يكن التخلص منها؛ بل تبقى على
هيئة بور تسمم في جسد الكائن الحي. ولصغر حجمهاء فإنه يصعب تحديدها أو
تتبعها؛ كما يستحيل العثور عليها أو التخلص منها.

إن wont‏ التانو» مشابه لسلاح DIME lo‏ (متفجرات الفلرّات الكشيفة الخاملة)»
الذي استخدم في الآونة الأخيرة ضا المدنيين في غرة. تلك المتفجرات تحدث
انفجارات قويّة بشكل غير عادي داخل منطقة صغيرة نسبِياء ناثرة شظايا صغيرة الحجم
من سبائك التنغستن الفلزية الثقيلة الفائقة السخونة SHMTA‏ الأمر الذي يتسبب في
دخولها قسرً إلى الأجهزة والخلايا. ولن يكون مفاجئًا أن تحتوي الشظايا على جزيئات
مجهرية (دون الميكرون)؛ في نطاق يتراوح بين ٠٠١‏ و٠٠۲‏ نانومتر تقريبًا. وقد
توصّلت دراسات علمية إلى OL‏ الشظايا الصغيرة الحجم من مسحوق التنغستن ال محتوي
على جسيمات فلزية فائقة السخونة سامة كيميائياء وتسبب أضرارا في الجهاز
امناعي» إلى جانب Ll‏ مسبب قوي للإصابة solb LU‏ عدا LM‏ تهاجم الْحَمُض

a

ow y

النووي (السمية الجينية). ولايتوافر سوى القليل من الاختبارات لكشف آثارها
السلبية. O)‏ مسحوق التنغستن ذا الجسيمات الثانوية المتوسطة الحجم ١١١-7١(‏

VA

أ. د . منير نايغفة
نانومترا) أصبح متوافر! تجاريا في الآونة الأخيرة. ولا مفر من تطوير وسائل التسخين
الحراري؛ فضلاً عن تلك المتعلقة بالّخول القسري المستحث - كالدخول البالستي إلى
الخلايا joel‏ من إجراء اختبارات حقيقة .

والحق أن أوروبا واليابان تناقشان بالفعل حظر استخدام ا لجسيمات النانوية من
الفلزات الثقيلة في التطبيقات المنزلية ؛ كوسائل pl‏ التجارية . وينتظر أن تحذو إدارة
مراقبة الأغذية والعقاقير الأمريكية حذوهما. ويجب أن نلاحظ ol‏ تكنولوجيا الثانو
السيليكونية هي الأقل RIS‏ والأكثر توافقًا مع البيولوجيا والبيئة . فالسيليكون لا
يتطلب المزيد من المعالجة أو الحجب, المعروف أيضسًا بالتدريع Shielding‏ كما ينوقع
أن يذوب في الجسم ويتحول إلى حمض السيليكيك tSilicic acid‏ وهذا يوجد
بصورة عادية في الجسم . وتختبر الباحثة ابتسام العليان من جامعة الملك سعود في
الوقت الراهن سمية جسيمات السيليكون الثّانوية الذائبة في مستحضرات التجميل ؛
مستخدمة فحوصات مخبرية ودراسات تطبيقية على حيوانات التجارب . وهنا S‏
بالكم الهائل من السيليكون الذي نستخدمه بطريقة مباشرة أو غير مباشرة بالاكتفاء
بذكر ما يدخل من مواد ذات أساس سيليكوني إلى أجسادناء أو ما يُستخدم منها في
اواس

هل ستبرهن تكنولوجيا التانو انها قاعدة التكنولوجيا للقرن الحادي
والعشرين؟

gis‏ تكنولوجيا النانو في أيامنا هذه من الكثير من المشكلات الأساسية القاتلة التي
قد تبطئ Wd‏ قاعدة التكنولوجيا للقرن الحادي والعشرين . ويتمشل أحد التحديات
الرئيسية في التساؤل عما إذا كان العالم سيكون قادرا على إنتاج مواد نانوية بدقة
لامتناهية ؛ إضافة إلى التحكم فيهاء وتكرار تصنيعها في الوقت المناسب وبكلفة
منافسة» وما إذا كانت كمية الإنتاج ستكون كبيرة با فيه الكفاية» لتلبية طلب المستهلك
وتحقيق متطلبات السلامة. وهل سيكون دور الطبيعة في هذا الصدد مساعدا لناء من
حيث التجميع الذاتي والتنظيم الطبيعي في صنع مواد بشكل معين مضبوط من دون

VAs

استخدام الآلات؛ الأمر الذي من شأنه أن يوفر وقت التصنيع وكلفتّه؟ على أي
حال» نقول إن «الكأس المقدّسة» في هذا الشأن تتمثل في إنتاج كميات كبيرة من
مكونات الثانو» المتطابقة في حجمها وشكلها.

ومع أن تكنولوجيا sO‏ لا تزال مجرد خيال pole‏ فهنالك في الواقع بعض
المنتتجات الاستهلاكية المتاحة التي توظف هذه التكنولوجيا. وقد صدّعت تطبيقات
تكنولوجيا SE‏ الناجحة فرقًا واضحًا؛ مقارنة بسواها. ومن تلك التطبيقات:
ضمادات ال حروق والجروح» ومواد لصق الأسنان» وأجهزة تنقية المياه والملابس الخالية
من البقع» وفرشات الأسرة؛ وشوك الأكل والملاعق والصحون والأواني؛ والملابس
التي لا تتسخ أو لا تبعل بفضل تغليفها بمواد الثانو. وجميع هذه المتتجات متوافرة في
السوق. أضف إليها المحفزات الصناعية » والطلاءات الواقية المخففة للوهج الشمسي
في النظارات الطبية أو الشمسية:؛ ومواد الطلاء التي تسمح بتنظيف أسهل
للزجاج» وواقيات أشعة الشمس ومستحضرات التجميل » والمتتجات المساعدة في
الصعود إلى المركباتء والمصدات والحولات EU‏ في السيارات» وكرات مضرب
اطول cae‏ ومضارت اليس ce BY‏ والاحف 55 Ll‏ أن الصباعة الكيميائية
هي المستفيد الأوّل من تكنولوجيا التانو؛ فالكثير من الشركات أو المؤسسات الناشئة
تستفيد من بيع مواد جسيمات النانو على شكل سلّع في سوق تقترب من 5٠٠‏ مليون
A‏ ریک id Jl ge‏

نستتتنج ما سبق أنه لا يوجد أي اختراق حقيقي حتى الآن في مجال التطبيقات
المتقدمة. فعلاج الأمراض ما زال مسألة مفتوحة. ay‏ أن المجازفة في إنفاق بلايين
الدولارات باتت عالية» وأنّ التحديات لم je‏ بعد» فإ العائد ريما يكون فلكي
بوجود متسع للاكتشاف والابتكار والاخمتراع والإبداع . وهذا هو الوقت المناسب
للبلدان الثّامية ذات الموارد المعقولة Jac‏ بدلوها في هذا الميدان» وتجني ثماره» وتظل
مواكبة للتقدم في العلم والتكنولوجيا .

أ. د. منير نايقة

التكنولوجيا والعسكرة

إن الكتابة عن التكنولوجيالن تكون مكتملة من دون التطرق إلى مسألة عَلاقة
التكنولوجيا بالنواحي العسكرية . وعلى وجه الخصوص. فإنّه لمثير للاهتمام التفكير في
أصل التكنولوجيا وطبيعتها وآثارها في العالم القديم ؛ Sas‏ عن العالم الحديث› وعالم
ما بعد الحداثة . ونرى أن هذا الموضوع يستحق كتابة مقال خاص به . لكن يكنا أن
نقول بإيجاز OLS dj]‏ ثمة جدل دائر حول من يقود الآخر؛ وكيف تتغير العلاقة بينهما
وتتطور مع مرور الوقت. في الوقت الراهن» هنالك اعتقاد أن العسكرية» خاصة
العسكرية الحديثة» هي المحرك الأساسي لتطوير التكنولوجيا إلى حد بعيد. على سبيل
gui‏ »فإك مجموعة كبيرة من التطورات التكنولوجية في الولايات المتحدة الأمريكية
اليوم تأتي في سياق مشروعات مهمة موجهة. Ups‏ ون uie‏ وسلاح الجوء
وسلاح البحرية» ووكالات الدفاع المعنية.

إلأأن غالبية الناس يعتقدون. إلى حد كبيرء أن العسكرية تستغل ALA‏
التكنولوجيا التي تدفع بها حاجات الأعمال وطلبات المستهلك . إن استخدام
التكنولوجيا لأغراض الصيد وجمع الغذاء للبقاء على قيد الحياة هو بالتأكيد - أمر قد
قدّم الجنس البشري. وفي العصر الحديدي» كان الحديد يستخدم بشكل بارز في صنع
أدوات وأسلحة للصيد. وتطورت الصناعة الحديدية في المجال العسكري بإدخال
عملية «الكربنة (Carburization‏ التي Job‏ فيها الكربون في فلز لجعل سطحه أشد
صلابة وأكثر مقاومة للتآكل . لقد استخدم فلا ytd‏ والتجاس يقكل pia eed‏
الأسلحة والدروع؛ كما استخدم الخشب والتراب والحجر لتشييد المرافق العسكرية .
وجاء ء استخدام الفولاذ في اللجال العسسكري» الذي توج بصنع السيف
CT‏ مشقي» باعتباره تطورا مدروسًا.

Paul Virilio SI‏ واحدا من أشد النقّاد عدوانية للتكنولوجياء خاصة
التكنولوجيا العسكرية . فهو يعتقد أن التكنولوجيا تعمل على تغيير العالم» وحتى
الجنس البشريء بتأثيرمدمّر للغاية. وقد رد على هذا الرأي بعض الذين يعتقدون أن
هذا التصور يمثل تصورا o ghee‏ للتكنولوجياء وأنه ينطوي على نظرة في غاية السلبية

vy

ومن زاوية واحدة. أضف إلى ذلك OT‏ هذه النظرة تتجاهل جوانب التمكين
للتكنولوجيات الجديدة .

رواد تكنولوجيا النانو: إلى أين يأخذوننا؟

في عام ٠٠١0‏ طرح ستيشن إدواردز Steven Edwards‏ الكاتب العلمي المطلع
والخبير في تكنولوجيا SU‏ كتابًا سلّط فيه الضوء بقوة على هذه التكنولوجيا . . وكان
هدفه تقريب فكرة تكنولوجيا CU‏ إلى الجمهور العام المهتم بالعلم ؛ t‏ فضلاً عن
العلماء» والطلبة» والمنظمات», والصحافيين» والسياسيين» ورجال الأعمال. ويرى
إدواردز of‏ مقياس التانو هو الذي يلتقي عنده الفيزيائيون» والكيميائيون» وعلماء
الأحياء» وعلماء SUM‏ والمهندسونء لخلق تكنولوجيا جديدة؛ ألا وهي تكنولوجيا
Ù‏ وهو يندب فى كثير من الأحيان ما إذا كانت تكنولوجيا النانو خيالاء أ Í‏
ey I‏

يق ول إدواردز uo edd‏ أن تكنولوجيا SUI‏ لا تزال فكرة من قبيل الخيال
العلمي» فشمة في الواقع منتتجات استهلاكية متوافرة تطبق تكنولوجيا الثانو؛ مثل :
واقيات الشمسء والطلاء» وكُرات المضرب» والأقمشة التي لا تتسخ» وبعض
العقاقير المعتمدة مؤخرا . p so],‏ المنتجات والتكنولوجيات الجديدة التي سوف تنبثق
عن علوم الثانو لن تحده YJ‏ مخيلة العلماء» والمهندسين» ورجال الأعمال الرياديين»
المنجذبين إلى هذا المجال الحديد. ويقدّم إدواردز ما يكفي من الحقائق والتفصيلات
لفصل الم بتكنولوجيا St‏ عن تكنولوجيا gl‏ الحقيقية» التي هي قاب قوسين أو
أدنى منا. وهذه التفصيلات هي :

« مواد متفوقة» أقوى وأفضل وأخف Gja‏ وأكثر صلابة ؛

« عقاقير LESS‏ تستهدف تحديدًا LAH‏ المصابة أو ee‏

ه أطراف اصطناعية شبيهة بالحيّة؛ ومفاصل وأعضا عضاء بديلة؛ وحتى عيون
اصطناعية t‏

MY

أ. د. مثير تايفة

e‏ بيئيات Interfaces‏ دماغ وحاسوب؛

€ Als معماريات حاسوبية جديدة» بقدرات وسعات‎ e

« أنواع جديدة من مصادر الطاقة» تقلل من اعتمادنا على الوقود الأحفوري.

كما يقدم الكتاب وجهة نظر واقعية لكيفية تأثير هذا المجال الجديد من التكنولوجيا
في حياة الناس في المستقبل المنظور. ويندب الكاتب في كثير من الحالات ما إذا كانت
تكنولوجيا sO‏ خيالاء أو SUL‏ أو رعبًا. لكته لا يعرض التطبيقات العسكريّة» أو
التخيلات الوحشية» لرابوط التانو المرعب» وغير ذلك من مواد الخيال العلمي .

والجدير بالذكر أن الكتاب على تماس وثيق مع الكثير من رواد تكنولوجيا الثانو؛
ويقدم نبذة عن خلفياتهم للسماح cel A‏ خاصة طلاب الجامعات المهتمين بالعمل في
هذا المجال» بتصور أفضل لأنفسهم في هذه الوظائف . ومع ذلك» فالتكنولوجيا لا
تتطور في فراغ؛ إذ يسلط الكتاب Cals pall‏ على التغيرات الاجتماعية والسياسية
والاقتصادية المصاحبة للتطور في مجال تكنولوجيا الثانو. إن هذا الكتاب هو لجميع
ee gli‏ بالعلوم من عامة الجمهور؛ مثلماهو للكيميائيين» والطلبةء
وا لشاف رين Cem adi cal A elites CX Le a SH CUL ply‏
والسياسيين» ورجال الصناعةء والفيزيائيين» والبيولوجيين.

ومن نين الرواد الاك تر LS PRECOR gt‏ سحن
أسيموق (عظيموق)» وإسحق نيوتن » وشرودنغر» وقان درقالز» وداروين» وفاينمان»
وبور» وديقيد sl‏ شالوم» وغرهارد بننغ » ودي برولي» وستيفن هوكنغ » وإديسون. كما
ذكز شكسير وشيم بول ويل يقس ga‏ نين اللساميين د کر الكين من jos‏
الولايات اللنحدة الأمريكية ونواب الرئيس: كجورج واشنطن» وجيمي
كارتر» ورونالد ريغان» وبيل کلینتون» وآل غور» وجورج بوش . ومن المثير للاهتمام
a‏ اعترف بجامعة إيلينوي في إربانا شامبين باعتبارها المؤسسة الوحيدة التي فيها ثلاثة
من الرواد في ميدان تكنولوجيا الثانو؛ هم: كن ساسليك Ken Suslick‏ ومايكل
سترانو pa ge Michael Strano‏ نايقة . وفي الختام» ذكر الكتاب رائدين فقط من أصل

WY

——Ó———— ERN‏ ةا
عربى» هما : المنُجى باوندي (من أصل تونسي؛ لعمله الرائد في مجال الجسيمات
التّانوية لكبريتيد الكادميوم)؛ ومنير نايفة (العمله في جسيمات UN‏ السيليكونية) .

الخاتمة

في النتام» ليس ثمة اختراق حقيقي لتكنولوجيا SU‏ حتى OVI‏ ويمكننا أن نقول
باطمئنان o]‏ التطبيقات المتقدّمة وعلاج الأمراض تبقى مسائل مفتوحة؛ مع ومضات
تومئ إلى أنها وشيكة التحقيق . وهكذاء فن الخاطرة عالية» والتحديات لم Ses‏
بعد . Sd‏ العائد قد يكون ESG‏ . والأهم في هذه المرحلة أن ثمّة متّسعا للاكتشاف
والابتكار والاختراع والوبداع , وتراهن قيادة العالم على عائد اقتصادي كبير للغاية.
By‏ هذا لهو الوقت المناسب للبلدان النامية ذات الموارد المعقولة للمشاركة في جني ثمار
آخر المستجدات في العلوم والتكنولوجيا.

ومثلما صرح إدواردز وآخرون: Dal p‏ ما كان يتصور قبل عقود AUS‏ خلت أن
تكنولوجيا SÒ‏ سوف تهيمن على القرن الحادي والعشرين» وتؤثّر في حياتنا على
نحو لا يكن edi‏ به بصورة تامة حتى OW‏ وبحكم تعريف مصطاح تكنولوجيا
aif cU‏ من الصغر لدرجة أنه أصغر من أن يرى بالعين البشرية . لذلك» Op‏ آثاره
قد تصيبنا فعلاً بالدهشة .

المراجع والقراءات الإضافية

LS]‏ وردت في الأصل الإنجليزي؛ أنظر الصفحتيّن الأخيرتيّن من الملحق المرفق.]

VE

ملحق
الأصل الإنجليزيّ Lindl‏ (التكنولوجيا)

وزتكنولوجيا النانو). كما وردنا من
الأستاذ الدكتور منير نايفة [مع تحرير طفيف]

ods j — NN RE NA SA YH Sr sh nla‏ منير نايفة
University Press, 1994; War and Cinema: The Logistics of Perception. London:‏
Verso, 1989,‏

- Steven Edwards, The Nanotech Pioneers: Where Are They Taking Us? Wiley-VCH,
Einheim, 2006.

vv

- Howard Huff, into the Nano Era: Moore’s Law Beyond Planar Silicon CMOS,
Springer, 2008.

- Athanasios Dimoulas, Evgeni Gusev, Paul C. McIntyre, Marc Heyns, Advanced
Gate Stacks for High-Mobility Semiconductors, Springer, 2007.

- Evgeni Gusev, Defects in High-K gate Dielectric Stacks: Nano-Electronic
Semiconductor Devices, Springer, 2004.

~ Gerhard Wachutka, Gabriele Schrag, Simulation of Semiconductor Processes
and Devices, Springer, 2004.

- Lorenzo Pavesi, David J. Lockwood, Silicon Photonics, Springer, 2004.

- Christoph Brabec, Viadimir Dyakonov, Ullrich Scherf, Organic Photovoltaics:
Materials, Device Physics, and Manufacturing Technologies, Wiley-VCH, 2008.

- Petty, M.C., Bryce, M.R., Bloor, D. (1995), Introduction to Molecular Electronics.
New York: Oxford University Press. pp. 1-25; Tour, James M. et al. (1998),
"Recent Advances in Molecular Scale Electronics". Annals of the New York
Academy of Sciences, 852: 197-204.

- Tuan Vo-Dinh, Nanotechnology in Biology and Medicine: Methods, Devices,
and Applications, CRC Press, 2007,

- Rudolf Rigler, Horst Vogel, eds., Single Molecules and Nanotechnology,
Springer, 2008.

- Challa, S.S., R. Kumar, Nanomaterials: Toxicity, Health and Environmental
Issues, Wiley-VCH, 2006.

- E.B. Court, A.S. Daar, D.L. Persad, F. Salamanca-Buentello, P.A. Singer, "Tiny
Technologies for the Global Good", Nano Today (April/May 2005): 14-15; H.
Thorsteinsdottir, U. Quach, A.S. Daar, P.A. Singer, "Conclusions: Promoting
Biotechnolgy Innovation in Developing Countries”, Nature Biotechnology 22
(2004): DC48-52.

- Paul Virilio, The Information Bomb. London: Verso, 2000; Strategy of

Deception. London: Verso, 2000; The Vision Machine. Bloomington: Indiana

YVÀ

Aa أ. د. مثير‎
Bibliography and Further Reading

- Feynman's classic 1959 talk: There's Plenty of Room at the Bottom, California
Institute of Technology Archives.

- David E. Nye, Electrifying America: Social Meanings of a New Technology,
1880, 1940, MIT Press, 1992.

- Jürgen Franz, Virander K. Jain, Optical Communications: Analysis, Design,
Optimization, Application, CRC Press, 2002.

- High-performance Materials Timeline, http://www. greatachievements.org/?id-3805.

- Marcel Pierre Bruchez, Charles Z. Hotz, "Quantum Dots: Applications in
Biology", 2007, Science; Meo, S.B. Andrews R.,“Carbon Nanotubes:
Synthesis, Properties, and Applications". Crit. Rev. Solid State Mater. Sci. 26
(3): 145-249,

- Vijay Kumar, ed., Nanosilicon, Elsevier, 2008.

- Hartmut Figger, Dieter Meschede, Claus Zimmermann, T.W. Hänsch, Laser
Physics at the Limits, Springer, 2002.

- Marie-Isabelle Baraton, ed., Synthesis Functionalization and Surface Treatment
of Nanoparticles, American Scientific Publishers, 2003.

- Do Tran Cat, Physics and Engineering of New Materials, Springer, 2008.

- Christie R.K. Marrian, ed., Technology of Proximal Probe Lithography, SPIE
Optical Engineering Press, 1993.

- "Nanotechnology rules OK!", New Scientist, New Science Publications,
Jan.-Mar. 1992.

- John D. Cressler, Silocon Heterostructure Handbook: Materials, Fabrication,
Devices, Circuits, and Applications of SiGe and Si Strained-layer Epitaxy,
CRC Press, 2006 .

- Christian Piguet, Low-Power Electronics Design, CRC Press, 2005.

- Christian Paguet, Low-Power CMOS Circuits: Technology, Logic Design and
CAD Tools, CRC Press, 2006.

yya

question; with flashes of being around the corner. Thus, the risk is high
and challenges are not yet solved. But the payoff could be astronomical.
More importantly at this stage there is room for discovery/innovation and
inventership. Leadership at the world seen is at stake with the economical
return is extremely high. This is a good time for developing countries
with reasonable resources to participate and harvest the fruits of cutting
edge of science and technology.

As Edwards and others put it, scarcely imagined a few decades ago,
nanotechnology will certainly dominate the 21st century and affect our
lives in ways not yet fully predictable. By definition, nanotech is far too
small to be visible to the human eye, and so its effects may well catch us

by surprise.

gas E * 2 . | ااال‎ aa
nanotechnology is hype, hope, or horror. But he presents no military ap-

plication, or wild fantasies of horror nano robot predators and other sci-
ence fiction stuff.

The book is in close contact with many pioneers in nanotechnology,
and includes their backgrounds to allow readers, especially college stu-
dents considering a career in the field, to better imagine themselves in
such positions. However, technology does not develop in a vacuum, and
this book also looks at the social, political and economic changes atten-
dant upon the development of nanotechnology. This book is for the sci-
ence-interested general public as well as chemists, students, lecturers,
chemical organizations, materials scientists, journalists, politicians, in-
dustry, physicists, and biologists. -

Among the most famous pioneers, he mentions: Isaac Asimov, Isaac
Newton, Schrédinger, Van der Waals, Darwin, Feynman, Neils Bohr, Da-
vid Awschalom, Gerhard Binning, de Broglie, Stephen Hawking, and Edi-
son. He also includes Shakespeare, James Bond, and Bill Gates. Among
the politicians, he mentions several US presidents and vice presidents:
George Washington, Jimmy Carter, Ronald Reagan, Bill Clinton, Al
Gore, and George Bush. It is also interesting to note that the University of
Illinois at Urbana-Champaign has been recognized as the only single in-
stitution which has three pioneers: Ken Suslick, Michael Strano, and Mu-
nir Nayfeh. Finally, the document mentions only two of Arab origin as pi-
oneers: Mongi Bawendi (of Tunisian origin, for his pioneering work on
CdS nanoparticles) and Munir Nayfeh (for his work on silicon nanoparti-
cles).

Conclusion

In conclusion, there is no real breakthrough yet. We can safely say

that advanced device applications and solving disease remain an open

YA!

Nanotechnology pioneers: where are they taking us?

In 2005, Steven Edwards, an insider and experienced science writer in
the area of nanotechnology, presented a book in which he gave a vivid
look at nanotechnology. Steven Edwards, goal was to bring nanotechnol-
ogy closer to the science-interested general public as well as scientists,
students, organizations, journalists, politicians, and entrepreneurs. Ed-
wards believes that the nanometer scale is where physicists, chemists, bi-
ologists, materials scientists and engineers met to create a new technolo-
gy - nanotechnology. He often laments whether nanotechnology 1s hype,
hope, or horror.

Edwards says that although nanotech still has a science-fiction aura,
there are actually consumer products already available which employ
nanotech — sunscreen, paint, tennis balls, non-staining fabrics, and some
recently approved drugs. The variety of new products and technologies
that will spin out of nanoscience is limited only by the imagination of the
scientists, engineers and entrepreneurs drawn to this new field. He
presents enough facts and details to separate the hype from the real nano-
tech that is just around the next comer:

W superior materials — stronger, lighter, harder, better

smart drugs that specifically target infected or malicious cells

E life-like prosthetics, such as limb, joint or organ replacements, even
artificial eyes

W brain/computer interfaces

W new computer architectures with immense capacities and abilities

W new kinds of power sources that lessen our fossil fuel dependence .

The book presents a realistic view of how this new field of technology

will affect people in the near future. The author often laments whether

YAY

ial uA > 2 . i E اس‎ RET RW A OA i CER SYN.
Technology and militarization

Writing about technology will not be complete without addressing the
question of technology vs. Military. In particular it is interesting to re-
flect on the origins, nature and effects of technology on ancient as well as
on modern and postmodern world. We believe that this is a subject that
warrants an article of its own. But briefly here we can say that there has
been a raging debate on who drives who and how did the interrelation-
ship between them develop or change with time. At this time there is a
belief that the military, especially modern military is the driver of tech-
nology development to a large extent. For instance a whole lot of tech-
nology development in the US today is driven by mission oriented pro-
jects funded by the Army, Air Force, Navy, and Defense related agencies.

The majority of people however believe that, to a large extent, the mil-
itary just exploits technology advances that are driven by business and
consumer demand, Certainly, the use of technology for hunting, food col-
lection and survival is as old as the human race. In the Iron Age, iron was
used prominently as tools and weapons for hunting. Iron-working for the
military was enhanced by the carburization process, a process by which
carbon is introduced into a metal to make the surface harder and more
abrasion resistant. Metal, primarily iron and brass, began to be used for
arms and armor. Wood, earth and stone were used for construction of
army facilities. The decisive use of steel in military action as crowned by
the development of the Damascus sword was thought to be a deliberate
development

Paul Virilio is one of the most aggressive critics of technology, espe-
cially military technology. He believes that technology is transforming
the world and even the human species, with a highly destructive impact.
This is countered by some who believe that this is a flawed conception of
technology that is excessively negative and one-sided. It misses the em-
powering aspects of new technologies.

JAY

nature trick help us in terms of Self assembly and natural organization of-
ten may help us form objects in exact shapes without machining, thus
saving manufacturing time and cost. In any case we say that the Holy
Grail in this business is to produce large quantities of nano components

that are identical size and shape.

Although nanotech still has a science-fiction aura, there are actually
consumer products already available which employ nanotech. Successful
applications where nanotechnology has made a difference including burn
and wound dressings; dental-bonding agent, water filtration devices;
stain-free clothing and mattresses; forks, spoons, dishes, pots, and clothes
that do not get dirty or wet because they are coated with nanomaterial are
also on the market; industrial catalysts, protective and glare-reducing
coatings for eyeglasses; coatings that allow for easier cleaning glass; sun-
screens and cosmetics; step assists on vans, bumpers and catalytic con-
verters on cars; longer-lasting tennis balls; light-weight, stronger tennis
racquets. The chemical industry seems to be the first beneficiary of nano-
technology. Many companies or start ups are benefiting from the sale of
nanoparticle materials as a commodity with the market approaching so
far 500 million dollars.

The conclusion, however, is that there is no real breakthrough yet in
the area of advanced device applications, and solving disease remain an
open question. Although the risk of spending the billions of dollars is
high while challenges are not yet solved, the payoff could be astronomi-
cal, with room for discovery/innovation and inventership. This is a good
time for developing countries with reasonable resources to participate

and harvest the fruits of cutting edge of science and technology.

A

أ. د. متير نايفة

shrapnel of powdered heavy metal tungsten alloy (HMTA), which makes
forced entry into organs and cells. It would not be surprising if the shrap-
nel included submicron particles ~ 100-200 nm in size. Scientific studies
have found that HMTA is chemically toxic, damages the immune system,
rapidly causes cancer, and attacks DNA (genotoxic). Very little testing of
its adverse effects if any is available. Tungsten nano powder with an av-
erage particle size of 30-120 nm has recently become available commer-
cially. Means of thermal heating, as well as of induced force entry, such
as ballistic entry into cells must be developed to conduct real testing.

In fact Europe & Japan: are already debating banning the use of heavy
metals nanos in house-hold applications, such as commercial displays.
US FDA control is expected to follow suit. We should note that silicon-
based nanotechnology is least toxic and it is the most biocompatible &
compatible with the environment. It does not require further processing
or shielding and is expected to dissolve in the body into silicic acid, an
acid found in the body. Ebtesam AlOlayan from King Saud University is
presently testing the toxicity of silicon nanoparticles, dissolved in cos-
metic products, using in vitro as well as animal testing. We are reminded
of how much silicon we deal with directly or indirectly by just mention-
ing Si-based body implants and computers

Will nanotechnology prove to be the platform technolo-
gy of the 21“ century?

Nanotechnology as of today suffers from several fundamental killing
problems that may slow its realization as the platform technology of the
21% century. One of the main challenges is the question of whether the
World will be able to create nanomaterial with Precision, Control and re-
peatability, in due time, Competitive cost, large enough volume, and Sat-
isfy consumer demand and Meet safety requirements. In this regard, Will

A0

enough volume to satisfy consumer demand and meeting safety require-
ments are two other important constraints. Even if those conditions are
met, there is still the major problem of delivering the nanos to the right
places and in a short order. If we have to move and handle one nano at a
time, it will take infinitely long time. Concepts like self assembly if ap-
plicable would make the technology viable. But for particles to self as-
semble they need to be identical. These are major challenges and obsta-
cles that make or break any nano tech application

Low-cost nanotechnology

Another interesting feature of nanotechnology is the fact that some as-
pect or phase of nanotechnology is low cost, and of highly interdiscipli-
nary field. In this regard, there is ample opportunity to pool resources:
human, financial and technical. It is also considered as one of the most
effective catalyst for substantial university-industry-government partner-
ships. It is even suited for real international cooperation where develop-
ing countries can participate and contribute at the cutting edge

Environment, safety and social issues

When working in nanotechnology one needs to consider safety issues
including effects on genes, heredity and society. The technology in large
part uses toxic chemical methodology which has potentially harmful ef-
fects. Also in the case of heavy metal nanoparticles such as cadmium,
lead or tungsten, there is evidence that such particles may not flush and
Stay as a poisoning centers in one's body. Being small it is hard to track
and it is impossible to find or remove. The nano poisoning is similar to
the dime (dense inert metal explosives) weapon, which was most recently
used against Gaza civilians. Dime bombs produce an unusually powerful
blast within a relatively small area, spraying super-heated micro-scale

YA"

أ. د . منير نايقة

Spending, market, initiatives, and workforce

The importance of nanotechnology is highlighted by the billions of
dollars that have already been spent to develop this area worldwide as
well as by market size projections of dollars that experts keep coming up
with: $340 Billion for materials; $300 Billion for electronics, $180 Bil-
lion for pharmaceuticals, $100 for chemical manufacturing; $70 B aero-
space; $20 Billion modeling tools; $30 Billion improved healthcare; $45
Billion sustainability; or $1 Trillion in 10-12 years.

Most western countries have come up with national initiatives outlin-
ing their R & D and commercialization policy in this technology. They
also allocated major governmental funding as well as encouraged the pri-
vate industry to participate. Asian countries and Japan followed suit. Re-
cently some developing countries have entered the race. In specific there
is a concerted effort to champion this technology in Saudi Arabia. King
Abdulaziz City for $ & T (KACST) launched a national nanotechnology
initiative. The Ministry of Higher Education allocated major funding to
establish centers of excellence in nanotechnology. King Abdulla has
stressed this area and made direct contributions to universities that they
may launch nanotechnology programs. King Saud University, King Fahd
University and King Abdulaziz University each established a center.
KSU elected to establish an institute by the name of "The King Abdulla
Institute for Nanotechnology (KAIN)”.

Conditions for successful nano industry consumer prod-
ucts

It is very important to realize that there are conditions required for
successful commercialization of a nano-based product. This includes pro-
ducing same size and shape of nano components with precision, control

and repeatability, in due time and at competitive cost. Production of large

YAY

LT TT TTT tS ا‎ iit i LAAN

5. Drug-delivery: intelligent drug-delivery nanosystems can release
drugs at the right time in a single dose and last a long time for treating tu-

berculosis or HIV

6. Food processing and storage: nanofilms can do away with the need

for refrigerators

7. Air-pollution clean-up: titanium-dioxide nanoparticles in sidewalks
or house paint that, in the presence of sunlight, catalyze the breakdown of

several pollutants

8. Construction materials for cheaper, stronger housing (super tents

with great insulation and soundproofing)

9. Health-monitoring. They could help patients monitor key signs,

such as glucose or cholesterol levels

10. Pest detection and control, including improved pesticides and in-

sect repellents.

Commercialization of nanotechnology products

The question that comes to mind is what are potential products nano
technology can offer? Most people who are knowledgeable in the field
would quickly answer “in principle, everything”. But then why has not
delivered yet despite three billions of dollars already spent and the vol-
ume and number of researchers involved? To shed some light on this, we
need to think about conditions for successful nano industry consumer
products, and environment and social issues (positive and negative), tech-
nology and militarization, and tackle the question “Will nanotechnology
prove to be the platform technology of the 21% century?”

YAA

أ. د . منير نايفة

particle-based films: mixing silicon nanoparticles with epoxy glue and
phosphorous material and laying down films or composite films of col-
ored (single sized particles) to improve white commercial LEDs. Also
work is being conducted on production of multilayer films of nanoparti-

cle/convertor for further improvements.

The grand challenge initiative for developing countries

Peter Singer has been talking about a grand challenge initiative of nan-
otechnology. This has been in response to a proposal by Canadian Prime
Minister Martin. He proposed devoting 5 percent of the country’s re-
search and development budget to technologies that would help the de-
veloping world. “If every industrialized country pitched in, we could see
$50 billion.” Peter Singer came up of the Top Ten application of nano-
technology that would be relevant in this regards of course in addition to

defense and Data storage or communication. Singer’s list follows:
8 g

1. Energy storage, production & conversion: semiconductor quantum
dots or nanoparticles boost the efficiency of solar cells); carbon nano-
tubes, which are stronger than steel, help store hydrogen

2. Agricultural productivity enhancement: Nanoporous minerals Zeo-
lites can control release of nutrients

3. Water treatment and remediation: Nano filters that can desalinate
water and purify water of bacteria and viruses much more efficiently and
with much less volume. Nanomagnets that can be sprayed onto oil spills
and separate the oil from the water, cleaning up pollution

4. Disease screening and diagnosis: labs-on-a-chip uses just a drop of

a patient's blood to conduct a sophisticated battery of clinical tests.

YAS

EAL AN ARTESIA ا ا‎ NESE? PGS PE, pS DA سس ون‎ TY

nary results obtained show significantly increased capacitance of the film
as a result of incorporating the nanoparticles in the film. The significantly
enhanced capacitance of the PANI-particle film shows a pseudo-
capacitance nature. The preliminary result indicates the potential of using
the particle-conducting polymer composite to construct supercapacitors

with ultrahigh charge storage capability.

Nano-LED: The current manufacturing process of white LEDs has not
matured enough to be produced cost-effectively. For instance, there is
room for improvement in the present LED technology, including the de-
velopment of more efficient UV/Blue LEDs. There are also problems
with the white convertors, such as phosphors and their ability to emit a
broader wavelength spectrum light. In particular, the untunability of ab-
sorption and emission, and inflexibility of form in phosphors have been
issues in their spectral capabilities. In addition, phosphors films are found
to have appreciable reflectivtiy causing a non-nigligible fraction of the
LED light to go back to the LED, which causes heating effects may hold
driving the LED harder. More rigourous heat disspiation designs must be
used. Because the phosphors respond more strongly to the blue portion of
the LED light, the transmitted UV portion is hazardous to the consumer
vision. With systems operating at high intensity, efforts should be made
to incorporate UV blockers. The same problems may be said about or-
ganic pigments. PolyBrite International LED Lighting Company in Chi-
cago headed by inventor Carl Scianna is an innovator of white LED
lighting systems. It combines polymer with light emitting diodes (LEDs),
along with proprietary electronics, to produce the latest advances in
white LED lighting. PolyBrite is presently working with Nanosi Ad-
vanced Technology a start-up company from the University of Illinois
group is working on the development of NanoLEDs to improve efficien-

cy and color quality. The team is working on preparation of silicon nano-

أ. د . مثير تايفة

Energy and lighting

Nano fue! and nano solar celis: A thin film of silicon nanoparticles on
highly doped silicon electrode acts as a catalyst for oxidation of ethanol
and methanol or glucose. Yau?s group at Cleveland State University in
collaboration with Nayfeh?s group at the University of Illinois used this
process to build a prototype of a bio fuel cell for generation of miniatur-
ized power source. This promises to enable the development of high den-
sity, compact energy sources for portable power generation as well as in
the development of micro devices for distributed small-scale energy gen-
eration and associated infrastructure. Implantable modules for uses such
a pace maker or sugar monitoring in diabetic patient is among the appli-

cations.

A thin film of nanomaterial such as luminescent semiconductor nano-
particles can theoretically enhance the performance of solar cells. For in-
stance, a thin film of silicon nanoparticles of 1 nm or 2.9 nm particles on
a conventional silicon solar cell acts as a top cell that enhances its perfor-
mance. The thin film improves the power performance in the UV/blue by
nearly 5096 and in the visible by 1096. Morevoer, by intercepting the oth-
erwise damaging UV part of the spectrum and converts to useful power,
the nanofilm prolongs the operating lifetime of the cell. This achieve-
ment was demonstrated by a collaborative effort of the groups of Mo-
hammad Al Salhi from King Saud University, Turki AI Saud from King
Abdulaziz City for Science and Technology, and Munir Nayfeh from the
University of Illinois.

Nano supercapacitors: A collaborative effort between Yau group of
Cleveland State University and Nayfeh group of the University of Illinois

has succeeded in constructing a nano-polymer super-capacitor. Silicon
nanopareticles were incorporated in a thin film of polyaniline, a conduct-

ing polymer. The polymer is often used in supercapacitors. The prelimi-

ya)

tion. Filtration employs a pressure gradient to selectively transport sol-
vent and certain solutes across a membrane. The process is similar to re-
verse osmosis. Nanomembranes tend to be slightly more permeable,
which requires less pressure and hence less energy. Another attribute is
that it is selective as it is able to remove specific salts such as MgSO,.
Reverse osmosis generally focuses on the removal of all salts from water.
The applications include water softening and removal of pollutants, such
as herbicides, from potable water. This technology can also be upgraded
by employing multilayered polyelectrolytes as high-flux nano filtration
membranes. Multilayer membranes can separate monovalent and diva-
lent anions (Cl-/SOA2- selectivity as high as 1000) as well as small or-
ganic molecules such as glucose and sucrose. Thus far, scientists have
achieved fluxes that are as much as 3-fold higher than those of state-of-
the-art commercial membranes, while still achieving high rejections of
5042- and small organic molecules. Scientists have also separated gases
such as O, and N,. Membranes are ultrathin, thus they allow high fluxes.

Nano catalyst: Thin films of nanoparticles may act as a catalyst for
several processes. Nano films have more surface area per mass than a flat
bulk material. For instance a gram of titanium oxide nanoparticle of 5 nm
diameter has 170 m? surface areas. Since catalytic activity is proportional
to the surface area, one could see why the nano film is a better catalyst
than its equivalent bulk. This material is used for environmental purifica-
tion as it kills bacteria in the air or in water supplies and breaks up mole-
cules causing bad odors in stuffy places like refrigerator or the cockpit of
fighter plane. For the particles to work best they have to be exposed to
light especially UV. Incident light charges the surface of the particle
which zaps the bacteria or the molecules that fall on them in an effective
photo-catalysts process for environmental purification. This film can

also be used as a nano-porous membrane for filtration.

أ. د . منير نايفة

ing Yu at Riley Children Hospital in Indianapolis, USA stained Kidney
cancer cells from a dog and imaged the particles on the cells using a
powerful two-photon femto second scanning microscopy. Hanan Mal-
kawi used them to stain E-coli bacteria and imaged them using a power-
ful electron microscope at Yarmouk University. Mona Hassonah stained
breast cancer cells and imaged them using a fluorescence microscope.
Those are fluorescent particles thus they enable fluorescent nanosensors
(a fluorescent marker) for ultrasensitive analysis of living cells. If suc-
cessful, it would be a viable alternative technology to presently used or-
ganic fluorophore technology.

Nano cosmetics: Current active research in skin care product develop-
ment focus on the use of the most advance practices of microbiology and
nanotechnology in the cosmetic industry. Scientists are examining a wide
array of new and emerging cosmetic compounds from anti-aging, skin
care and repair, moisturizing, and protective compounds to agents with
antimicrobial and anti-irritant properties. Metal (gold, silver, platinum)
nanoparticles as well as metal oxides and carbon nanoparticles are being
added to the products. Silicon nanoparticles are being considered. Ebte-
sam Alolayan of King Saud University is evaluating the toxicity of the
nanoparticles dissolved in skin oil as well as volatile silicon oil using ani-
mal subjects. Nanoparticles are intended for use to protect against ultravi-
olet and to provide an oxidative alternative path to radficals to alleviate
the oxidation of cells. The use of nano material is presenting new issues
with regard toxicity, safety and development of state-of-the-art safety as-

sessment technologies and regulations.

Chemical technology
Nanofiltration: One promising application is in the area of water filtra-

yay

drimers). Those could be as smail as or less than five nanometers. They
are sent through membranes into white blood cells. They can be pro-
grammed to detect biochemical changes or pre-malignant and cancerous
changes inside living cells from radiation for example. Fluorescent tags
may be attached to the dendrimers, which glow in the presence of pro-

teins associated with cell death.

Nano sensors for chemically or biomedical important substance may
be constructed from metal as well as semiconductor particles. Nanome-
ter-sized gold particles are encapsylated by monomolecular layers of al-
kanethiol surfactant. This encapsulation works because sulfur tends to as-
semble on gold. The encapsulated particles are then deposited as thin
films on inter digitized microelectrodes. The film is capable of sensing
hazardous vapors. A film of silicon nanoparticles placed on a highly
doped silicon or a graphite substrate acted as a sensor for glucose, rele-
vant to diabetes diseases or dopamine neuron drugs.

Single molecule and cell imaging in living cells: Luminescent nano

particles are important for biomedicine especially if the nano material is
highly bright with high quantum efficiency of emission. In this applica-
tion, the particles are coated with functional groups such as carboxyl
acid, amine, or thiol. The surface becomes chemically active such that it
can be linked to aritibodies of a certain disease. When those are added to
a laboratory sample or injected in the body they should be able to attach
to the expression of the disease that has been targeted, hence stain the
cell or molecule. Because some of the semiconductor particles available
today are bright enough such that light from a single one can be observed
with present medical technology, a single diseased molecule or cell can
be identified and monitored dynamically. The semiconductor particles of
CdSe or CdS of ~ 5-8 nm in size have been used by Alivisatos and Nei.
Also Si nanoparticles have been used in this kind of application. Weim-

At

Aa منير‎ eae i eH RRA SHE ANUS UA AAA HEINE CET E HH BALL IDE erg.
thermore, the simplicity of this approach also offers significant economic

edge over the conventional approach in which the escalating costs of wa-

fer processing facilities are approaching tens of billions of dollars.

Quantum computing: Breakthroughs occurred in the area of quantum
computing in the late 1990s. Quantum computers under development use
components of a chloroform molecule (a combination of chlorine and hy-
drogen atoms) and a variation of the medical procedure, magnetic reso-
nance imaging (MRD), to compute at a molecular level. Scientists used a
branch of physics called quantum mechanics, which describes the activi-
ty of subatomic particles (particles that make up atoms), as the basis for
quantum computing. Quantum computers may one day be thousands to
millions of times faster than current computers, because they take advan-
tage of the laws that govern the behavior of subatomic particles. These
laws allow quantum computers to examine all possible answers to a
query at one time. Future uses of quantum computers could include code
breaking and large database queries.

Health
Nano bio / chemical sensors: Nanotechnology has been used to build a

variety of nano sensors to monitor cellular activity or sensitive sensor of
contaminants. We will here give some examples of this technology. One
interesting nano sensor is built using a quartz optical fiber of extremely
small dimensions (10-100 nm range). An antibody (to Benzo [a] pyrene
tetrol (BPT)), is covalently attached to the tip of the fiber. The fiber is in-
serted in a cell to monitor the BPT activity. Establishing the capability of
monitoring biochemical processes in single cells would definitely find its
way to applications in chemical and biological warfare early sensing and
defense, or for the protection of the soldiers and the general population.

Another example utilizes nano polymer particle spheres (called den-

yao

technology. One aspect of molecular electronics is the fabrication of de-
vices whose function is governed by single molecules. Although quite
promising, fundamental new challenges are in the way of the realization
of single molecule devices. These challenges place estimates of their
mainstream applications around the middle of the 21st century. The in-
centive for such radical change is that molecules are naturally occurring
nanometer-scale structures. For instance a chain of aromatic rings con-
nected together by acetylene linkages may act as a wire that conducts
electricity and can be used to connect devices. Thiol (-SH) functional
groups attached both ends of the molecular wire act as ?alligator clips?
for attaching molecular electronic units to metal substrates. Carbon nano-
tubes might be used as electric wires or as support for molecular circuit
elements?e.g., filled with conducting metal atoms to create among the
structurally strongest nanowires chemically possible. Other formations of
molecules may act as a diode rectifier or amplifier as in a transistor. On
the other side of the field, DNA molecules and nanoparticles can be used
as molecular electrical characterization.

Unlike nanostructures built from bulk solids, molecules can be made
identically, cheaply, and easily, by the billions of trillions that will be
needed for industrial-scale production of ultra-dense nano electronic
computers. Two significant challenges are to devise molecular structures
which act as electrical switches, and to assemble these molecules into the
precise extended structures needed for reliable computation. Exciting the-
oretical and experimental progress toward these goals is just beginning.

Not surprisingly, molecular electronics was named “the breakthrough
of the year” by Science Magazine in 2001. The unique potential of mo-
lecular electronics is the ?bottom-up? self-assembly of inherently small
objects such as molecules into devices and circuits. This represents a par-
adigm shift compared to the semiconductor ?top-down? approach. Fur-

145

أ. د. هتير نايفة

with moderate efficiency. Nayfeh?s group at Illinois constructed nano
photodetectors by deposition of 1 nm Si nanoparticle films on Si p-type

substrates, with good conversion efficiency under UV irradiation.

Laser on a chip: Now that light can come out of silicon naoparticles
and efficiently, Lorenzo Pavesi in Italy in was working in competition
with the Illinois group to test for laser action from silicon. He implanted
silicon ions or atoms using an accelerator in a glass slab and heated it to
high temperatures till the silicon ions started to move more freely in the
substrate. When the substrate was subsequently cooled, the Si atoms nu-
cleated to form silicon nanoparticles of ~ 3 nm diameter (like rain droplet
formation). He tested the glass slab and reported in Nature signs of gain,
which implied that laser action is féasible if other conditions are provided
for. Meanwhile the Nayfeh's group a series of papers in Applied Physics
Letters, using the already made silicon nanoparticles, reported observa-
tion of stimulated emission, a sign of feasibility of laser action and also
observation of very small "micro" shooting beams from collection of par-
ticles. Thus, in addition to being ultra bright, reconstituted films or aggre-
gates of the particle family appear to exhibit the phenomenon of stimulat-
ed emission, which is a necessary condition for the production of laser
beams. When Nature magazine reported the results of the Pavesi's and
Nayfeh?s groups in its reporting section it noted that light-emitting Si de-
vices, if proven, could eventually result in a laser on a chip, new genera-
tion of Si chips, and extend the functionality of Si technology from mi-

croelectronics into optoelectronics.

Beyond silicon computing
Molecular organic electronics: An alternative to the field-effect tran-

sistor is a molecular electronic device. It is currently one area being stud-

ied as a potential successor to conventional silicon-based electronics

Yay

IN ا‎ SESH ASH RSET ar AU TE

omemory devices, opening the way for integration of Si nanoparticles in
standard $i CMOS platform, with potential scaling down to 1 nm.

On chip and chip to chip communication: As devices become smaller

and smaller metal interconnect wires will become the limiting factor and
the bottle necks. Alternative optical interconnects architecture for on-
chip data communication is of substantial interest to overcome speed and
signal integrity concerns in future electrical interconnects. There is an on-
going effort to develop highly-efficient nanomaterial-based devices as
nanosensors and photodetectors for applications in chip-to-chip and board-
to-board optical interconnects. It is estimated that by 2010, when proces-
sors exceed clock frequencies of 11.5 GHz, optical interconnects may be
needed to avoid chip-to-chip and on-chip bottlenecks. Moreover, one of
the most significant factors limiting future microprocessor performance
and one of the great consumers of microprocessor power is the clock dis-
tribution network. As an alternative to balanced electrical clock distribu-
tion networks is the use of an optical distribution network at the global
level. Light can be distributed to multiple receivers across the chip with
low skew. If this light can be efficiently converted to an electrical signal,
this idea becomes a viable alternative.

Current photodetector and phototransmitter technology utilizes II-V
systems, such as GaAs. Because silicon-based detectors are fabbed in a
conventional silicon CMOS process, the potential for cost reduction com-
pared with non silicon-based detectors is significant. Recently, IBM re-
searchers have improved the silicon-based detector technology. They
monolithically integrated a photodetector that achieves a much higher
data detection rate, 10-Gbps, than previously discussed silicon photode-
tectors, advancing the way to chip-to-chip and board-to-board optical in-
terconnects. Nano photodetector systems based on films of Si, Ge, and
GeSi nanoparticles or quantum dots have been recently demonstrated, but

334

أ. د . منير نايفة

terms of both scaling and the speed, and capacity requirements of next-
generation mobile communications. Scaling has now become a serious
issue for the memory industry. By 2010, NanoMarkets predicts that four
key segments will have emerged in the nano-enabled memory markets:
MRAM, Ovonic, Holographic and Nanocrystalline.

One of the most important nanotechnology solutions is silicon nano-
particle technology, which was first proposed by Tiwari and Hanafi at
IBM. This nanotechnology replaces the solid silicon gate with a large
number of tiny silicon crystals separated by minute amounts of insula-
tion. The result: much less insulation is needed, so that the memory occu-
pies half as much space. Or, in other words, a flash-based gadget can car-
ry twice as many songs. Cutting down on insulation also decreases the
voltage needed to store information. This makes it much easier to inte-
grate flash memory with information processing on the same chip, which
reduces costs Nanoparticle memories can bring non-volatile memory
right onto the CPU chip, increasing data access times and reducing power
and chip count

Several groups and companies are racing to implement the silicon
nanoparticle technology. Important firms such as Intel, Freescale, Mi-
cron, Samsung, and STMicroelectronics are beginning to settle on new
technology platforms for the post-Flash era and are finding ovonic and
nanocrystalline memories increasingly to their liking. As a prototype to
memory cells, MOS capacitor devices containing the ex-situ produced,
identical (constant size), spherical, 1 nm Si nanoparticles were fabricated
at MIT (by a joint team from MIT (Osama Nayfeh and Demetri Antonia-
dis) and from the University of Illinois at Urbana-Champaign (Kevin
Mantey and Munir Nayfeh) for use in future flash EEPROM devices,
without changes to the standard CMOS fabrication process. With con-

stant size Inm particles, we demonstrated the characteristics of ideal nan-

144

further development aiming higher device performances. HDICs perfor-
mances have been improved by shrinking transistor?s dimensions which
are now at the nanoscale. Low dimensions led to device engineering such
as the AHLATID, LDD, Large angle Tilt, LATID or drain engineered
MOSFETs. ONO MOSFETs are introduced to increase gate dielectric
breakdown, which is more pronounced using high k dielectric such as
Hafnium oxide HfO2. Besides the engineered MOSFET, SOI (Silicon On
Insulator) is an alternative technology to overcome short channel effects
(especially hot carriers) in HDICs. SOI devices can be single or double
gate, rectangular or surrounded gate. Bulk MOSFETs are featured to in-
clude drain halo doping to reduce impact ionization near the drain re-
gions.

New device technologies are introduced in the case of NanoMOS-
FETs, Ultrathin body MOSFET and ballistic MOSFETs in which elec-
tronic transport models are based on ballistic transport are the candidates
for the future HDCIs. The CNFET (Carbon Nanotube MOSFET) is an-
other alternative of NanoFETs but not ready at all for the HDICs integra-
tion. The same thing is observed in the case of the Molecular Transistor
which is under investigation and developments.

Nano memory device: Flash memory, which is a nonvolatile form of
memory (it requires no power to store information), is increasingly com-
mon in consumer devices. Today’s flash devices store information by ap-
plying an electric field to a "floating gate" — basically a chunk of polycrys-
talline silicon - at the center of a transistor. This gate is surrounded by an
insulating material, which needs to be relatively thick so that small de-
fects in it don't allow the charge to leak out. As a result, a device like the
flash-based iPod Nano, which packs four gigabytes of memory into its
small frame, is still carrying around a lot of inactive material.

These Current traditional memory solutions are reaching their limits in

Yaa

أ.د. منير نايفة

leagues.

Germanium nano transistors on silicon: Electrons move faster in pure
germanium than in silicon hence it would be reasonable to switch over
from silicon transistors to germanium transistors. This is why germanium
(Ge) has been emerging as a viable candidate to augment if not replace
silicon for electron device applications. However, we would like to keep
the silicon substrate because there are other important or even critical
needs for the silicon substrate. This includes other device requirement,
cost, and environmental instability since germanium oxide dissolves in
water. Keeping the silicon substrate requires growth of a thin germanium
layer over it. However, growing over or integration in silicon technology
is hampered by the large mismatch between their structures since the in-
terspacing of atoms in Ge is larger than that of silicon by 4%. The mis-
match results in growth that is dominated by "islanding" and misfit dislo-
cations. These dislocations are normally formed at the Si substrate/Ge
film interface terminating at the film surface as threading dislocations,
thus degrading device performance. Recently a group at Stanford Univer-
sity (Ammar Nayfeh and Krishna Saraswat) developed new methods for
solving this problem. In these methods, Ge growth on Si, which is usual-
ly hampered by the large lattice mismatch (4%), has been accomplished
by the incorporation of hydrogen annealing in the growth recipe. This re-
duces the Ge diffusion barrier, dramatically improving the surface rough-
ness. This would allow integration with the Si electronic standard technolo-
gy for high-performance applications. The Stanford group successfully
used this novel heteroepitaxial growth technique to demonstrate high-

performance transistors in germanium grown directly on Si.

NanoMOSFET tansistors

High density integrated circuits (HDICs) are facing challenges in their

Yeh

transistors to upgrade it to quantum-effects and single-electron solid-state
devices. The transistor becomes digital and operates at extremely low

current of a single electron, becomes faster, and needs much less energy

to run.
Strained nano transistors: At this point in miniaturization, some scien-

tists found that there is room for improving the speed of the transistor
without making it smaller, We can make the transistor go faster if we
slightly stretch it such that the silicon atoms in its gut move to distance
beyond their normal interatomic distance. This is analogous to mechani-
cally stretching a plastic sheet. The transistor or the silicon is then called
strained. In actual device fabrication, silicon is not stretched mechanical-
ly. It is simply stretched by growing it over a material whose atoms are
spaced out more than those of silicon like germanium. Ge atoms are fur-
ther apart by a small percentage of 496 than Si; but it is sufficient. This is
accomplished by first growing an alloyed substrate of silicon germanium
(SiGe). Then a thin layer of silicon is grown over. Putting the layer of sil-
icon over a substrate of silicon germanium (SiGe) strains it. For instance,
as the atoms in the silicon layer align with the atoms in the silicon germa-
nium layer where the atoms are farther apart, the links between the sili-
con atoms become stretched — thereby leading to strained silicon. When
the silicon atoms move farther apart from each other the atomic forces
between them drop. These forces interfere with the movement of elec-
trons or flow of current through the transistor. The drop in the forces
therefore allows the electrons in the chip to move faster, which results in
better chip performance and lower energy consumption. These electrons
can move 70% faster allowing strained silicon transistors to switch 35%
faster. This effect was demonstrated by a group at MIT (Hasan Nayfeh
and Demetri Antoniadis). A sizable improvement was achieved and was
put recently to practice into devices at IBM by Hasan Nayfeh and Col-

أ. د. متير نايقة

fact, the microelectronics industry is quite advanced in mass manufactur-
ing miniaturized devices, such as integrated circuits or nano electro me-
chanical systems (NEMS). For this goal, the industry utilizes a variety of
advanced procedures. Optical lithography is one. It has been the predom-
inant patterning technique since the advent of the semiconductor age, is
capable of producing sub-100-nm patterns with the use of very short
wavelengths (currently 193 nm). Extreme ultraviolet lithography (EUV)
is a form of optical lithography using ultra short wavelengths (13.5 nm).
Other nanolithography techniques include X-ray lithography can be ex-
tended to an optical resolution of 15 nm by using the short wavelengths
of 1 nm for the illumination. Work is in progress on an optical mask-less
lithography tool. This uses a digital. micro-mirror array to directly manip-
ulate reflected light without the need for an intervening mask.

However, the laws of quantum mechanics and the limitations of fabri-
cation techniques may soon prevent further reduction in the size of to-
day's conventional field-effect transistors (FETs). Many investigators in
the field of next-generation electronics project that during the next 10 to
15 years, as the smallest features on mass-produced transistors shrink
from their present lengths of 250 nm to 100 nm and below, the devices
will become more difficult and costly to fabricate. In addition, they may
no longer function effectively in ultra-densely integrated electronic cir-
cuits.

When one reaches the limit of size quantum dynamics of motion of
charge kicks in strongly and begin to dominate. We can take advantage
of the various quantum effects to build nanometer-scale electronic
switching devices for use in building ultra-densely integrated. electronic
computers can be built based on the quantum effects. On another front,
many groups at academic institution and industry have been experiment-

ing with silicon nanoparticles. They embedded them in the guts of the

YT

sas pe usin Wh RCT‏ ااا

from government, industry, and academia to address some of the chal-
lenges faced by the industry. Among the questions facing us are: are we
approaching the limit of advancement using silicon so we may move to
alternative material in building the new generation of chip making? Is
there room for additional silicon-based technologies? Can we afford to

leave silicon behind? The conclusions included three major thrusts:

I Sustain the scaling of traditional silicon CMOS manufacturing tech-
nology to its ultimate limit;

B Provide alternative, scalable, and sustainable benign-high perfor-
mance materials and manufacturing technologies for silicon CMOS alter-
natives;

B Create options for integrating heterogeneous nanoengineered func-
tional materials with silicon CMOS technology, enabling a commerciali-
zation path for nanotechnology innovations.

The materia! tools presently being considered include:traditional sili-
con technology, strained silicon, quantum and molecular computing, ger-
manium silicon alloys, high dielectric constant (K) metal non-silicon
gate, carbon-based (tubes/graphene), nano-structured silicon, compound
semiconductor III-V (InSb, InAs, InGaAs) and InAlAs insulators, com-
pound and Ge-based semiconductor substrate. In addition to these chal-
lenges, there is ever increasing demand for trusted chip making. Ad-
vanced Micro Devices (AMD) has just struck a deal in March 2009 to
partner with Abu Dhabi to found a new chip making company. Abu Dha-
bi invested 4.3 billion dollars in this project. The company will build a
site in New York, upgrade a site in Dresden, Germany as well as build a
new one in Abu Dhabi in 2015. It remains to be seen whether this project
will make Abu Dhabi another epicenter for technological innovation, and
another Sand Hill Road.

Shrinking transistors: For the past 50 years, electronic computers have
grown more powerful as the transistor, the basic subunit, has shrunk. In

Ys f

أ. د. منير نايفة

filtration devices; stain-free clothing and mattresses; forks, spoons,
dishes, pots, and clothes that do not get dirty or wet because they are
coated with nanomaterial are also on the market; industrial catalysts, pro-
tective and glare-reducing coatings for eyeglasses; coatings that allow for
easier cleaning glass; sunscreens and cosmetics; step assists on vans,
bumpers and catalytic converters on cars; longer-lasting tennis balls;
light-weight, stronger tennis racquets. The chemical industry seems to be
the firsf beneficiary of nanotechnology. Many companies or start ups are
benefiting from the sale of nanoparticle materials as a commodity with

the market approaching so far 500 million dollars.

Advanced applications

We would like now to present some applications that are being con-
templated that are of critical importance to solving societal problems in
the health, energy and lighting food, transportation, such as building fast-
er but smaller transistors, memory, biomedical sensors, drug delivery,

photodetectors, displays, etc.

The new generation of chipmaking

The semiconductor industry has established an aggressive goal to con-
tinue Moore’s law scaling for the next fifteen years, obtaining features
sizes below 10 nanometers in the limit. The array of technology challeng-
es faced by the industry if it is to achieve these objectives are formidable
and certainly involve the creation and manufacture of objects whose di-
mensions are within the feature size regime of nanotechnology. Severa!

workshops were conducted in recent years, where specialists convened

NACE HAIER NA CEES AU th a

Nano-lithography/imaging-the smallest graffiti in the
world

The microelectronics industry is quite advanced in mass manufactur-
ing miniaturized devices, such as integrated circuits or nano electro me-
chanical systems (NEMS). For this goal, the industry utilizes a variety of
advanced procedures, such as optical lithography, extreme ultraviolet li-
thography (EUV), and X-ray lithography.

Nanolithography techniques have been inching into the industry. The
most common introduction is beam of electrons or ions to produce a pat-
tern or a burn — typically in a polymeric resist of down to 10 nm or bet-
ter. Other more modern instruments were introduced that would allow
even deeper nanometer-scale patterning by a family of scanning probe
microscopes. For example, individual atoms may be manipulated using
the tip of a Scanning Tunneling Microscope (STM), and simultaneously
can image or observe them. The smallest patterns (graffiti) in the world
written using these techniques at IBM, University of Illinois (present au-
thor Nayfeh), Hitachi, were featured on the cover of the British Magazine
New Scientist. Dip-Pen Nanolithography is the first commercially availa-
ble SPL technology based on Atomic Force Microscopy. But these de-
vices are very slow because they require the movement of tungsten or
gold tip with a finite mass. This is no match to the speed which one can
deflect light, electrons, or ions. Thus it is said that you can improve the
patterning resolution with these devices such as you can store the whole
library of congress on one disk, however it would take you forever to do
that.

Mundane applications

There are actually consumer products already available which employ
nanotech. Successful applications where nanotechnology has made a dif-

ference including burn and wound dressings; dental-bonding agent, water

Ye

أ. د. منير aa‏

surface. The chemical reactions between the gases and the surface natu-
rally terminate after the completion of a "monolayer" exactly one mole-
cule thick. ALD can deposit a variety of materials, including oxides, ni-
trides, sulfides and metals. More efficient and less costly solar cells,
solid-state lighting and industrial catalysts are potential applications of
atomic layer deposition (ALD). Other potential applications are im-

proved superconductors and separation membranes.

Nano alignment / nanotube composites: One very interesting example

of nano alloys and self alignment is found in the recent inspection of the
old Damascus sword. Peter Paufler and colleagues at Dresden's Technical
University in Germany recently discovered carbon nanotubes in the mi-
crostructure of a 17th century Damascus sabre. The sword was invented
in Damascus. It was the strongest sword in the world. Yet it was very
light and thin. It is so sharp and hard. It cut a silk thread without bending
it and silk sheets get cut by just falling on it. Paufler and colleagues
wrote: “Carbon nanotubes are no longer the proud boast of 21st century
materials scientists. It appears their discovery was unwittingly pre-empted
by mediaeval Muslim sword-smiths whose tough Damascus biades taught
the Crusaders the true meaning of cold steel when they fought over the
Holy Land. Images were taken by the most powerful microscope. They
show the nanotubes inside the Damascus sword aligned in chain forma-
tions, It is those nanotubes that make the sword what it is. This is nano-
technology at its best." Presently researchers including Taysir Nayfeh at
Cleveland State are conducting research for studying how to add them
into metal as well as polymer and glass matrices for aviation applica-
tions. Moreover importantly studies are underway to determine how to
extrude the metal or polymer with the nanotube lined up. Alignment of
the tube imparts additional hardness, electrical conductivity as well ther-
mal conductivity to the composite compared to random mixing.

copolymers to particles of polymeric lattices, semiconductor, or metal
oxides. Such a task will take forever if one needed to move and place
them in the right slots one at a time. The time will certainly be shortened

if the nanos self-assemble, finding their positions on their own.

Self-assembly: Nature’s self-assembly is therefore useful in this re-
gard. Block copolymer can provide large area self-assembly or ordered
nano pattern with the feature-size range of 15-25 nm. DNA can also be
used to fabricate nanoparticle assembly. This relies on the high specifici-
ty of A-T and G-C hydrogen bonding along with molecular recognition
mechanism of DNA. On the other hand, an external current may be used
to induce self-assembly of molecular components such as nanoparticles
into a variety of patterns as was shown by Sahraoui Chaieb in the Illinois
group. This technique is basically a self assembly under open dissipative
conditions, an analogous way to the assembly of conducting spheres un-
der the influence of electric currents. In this effect, 51 nanoparticles were
found to aggregate, forming tree-like networks. The special interaction
between gold and sulfur has also been used to create large area self as-
semblies. For example, alkanethiol monolayer films assemble in a close-
packed structure on Au (111) lattice. These are called self-assembled
monolayers (SAMs). Chaieb showed that when silicon nanoparticles
form ultra thin films on a surface they may peel and roll which into a thin
tube. AlDwayyan, AlSalhi, and AlHoshan of King Abdullah Institute of
Nanotechnology at King Saud University embedded silicon nanoparticles
in glass matrices using sol-gel methods, enabling several photonics appli-
cations.

Atomic layer depgsition (ALD): ALD is a thin-film growth technique

that offers the unique capability to coat complex, three-dimensional ob-
jects with precisely fitted layers. The technique is being perfected at Ar-
gonne National Laboratory, In the method, an object is exposed to a se-

quence of reactive gas pulses to apply a film coating over the object's

YA

Fer متیر‎ . 3 . i NE مس اا‎ i e SCREAM
sary condition for the production of laser beams. Light-emitting Si devic-
es could eventually result in a laser on a chip, new generation of Si chips,

and extend the functionality of Si technology from microelectronics into

optoelectronics and biophotonics.

Silicon nanoparticle technology has significant technological implica-
tions because of its possible integration in existing silicon electronic chip
technology. It constitutes a wide platform technology with wide-ranging
applications including electronics (low power nanomemory and transis-
tors); photonics (photodetectors (in the UV)); photovoltaic and lighting
technologies (Si solar cells and light emitting diodes); substance sensors
(glucose and dopamine); catalyst and fuel cells; and biomedical fluores-
cent tags.

Unlike silicon nanoparticles, which are made of pure silicon, silica
nanoparticles are basically spheres made of pure glass (SiO,). They are
produced the simultaneous hydrolysis and condensation reaction of metal
compounds, which carry silicon and oxygen (alkoxide). They are of im-
portance to various industrial applications, including catalysts, pigments
or pharmaceuticals. They are also used to make electronic substrates, thin
film substrates, electrical insulators, thermal insulators and humidity sen-
sors. Silica particles, especially mono-dispersed particles are suitable
candidates for application in chemo-mechanical polishing (CMP). It is
therefore important to develop procedures which produce high purity sili-
ca particles of a narrow size distribution. Present commercial silica has a

broad size distribution and varying levels of metal contaminants.

Nano-structured films and alloys

To mass produce devices using nanos requires handling a very large
number of nanos, much more than 1012/cm?. The nano building blocks
that are employed range from molecules such as surfactants and block

Yeg

when electrochemically etched. Zain Yamani now at King Fahd Univer-
sity of Petroleum and Minerals (KFUPM) received his PhD from the
Nayfeh?s group for pushing the emission from etched silicon to the green
part of the spectrum. A magic family of silicon nanoparticles are pro-
duced in Nayfeh?s lab at Illinois from bulk silicon by a special patented
electrochemically dispersion process. The family consists of highly lumi-
nescent stable particles of 1, 1.7, 2.2, 2.9 nm in diameter. Unlike bulk sil-
icon, a spectacularly dull material, the silicon nanoparticle family is spec-
tacularly efficient at emitting light in RGB colors, covering the blue,
green, yellow and red part of the spectrum respectively when exposed to
dark ultraviolet radiation. Silicon nanoparticles are akin to the carbon
fullerene balls. But unlike the empty shell fullerenes, the silicon nanopar-
ticles are filled and have hydrogen on their surface. The particles may
constitute a new phase or “super molecule” that exhibits solid-like behav-
ior as well as molecule-like behavior.

Silicon nanoparticles can also be produced by condensing silicon at-
oms freed from silicon bearing compound either in the gas phase or liq-
uid phase, but the processes do not lead to the path of the above magic
family. Moreover, those need to be post processed with hydrogen or ox-
ygen to stabilize them against environmental attack. In the continued ef-
fort to lower the cost of production of nanoparticles, the Illinois group in
collaboration with Laila Abuhassan of the University of Jordan, Mona
Alchihabi of Allepo University and Jon Host of DOW chemicals were
able to synthesize red luminescent silicon nanoparticles from lower grade
silicon grain with enhanced yield over that produced from silicon wafers.
The collaboration group also synthesized nanoparticles from raw silicates
but at a much reduced yield.

In addition to being ultra bright, reconstituted films of the particle

family exhibit the phenomenon of stimulated emission, which is a neces-

Vy.

«de i RAR GANA SEE ATTIRE AOA EOP REET AA ANA HP EPI «V AAA AGRAR OU HA‏ منير نايقة
weapon explosion that takes place within the human body.‏

Semiconductor nanoparticles: One kind of nanomaterial actually con-

sists of two materials: cadmium and sulfur (CdS), or cadmium and sele-
nium (CdSe). Chemists Mongi Bawendi of the Massachusetts Institute of
Technology and Paul Alivisatos developed the synthesis and chemical at-
tachments of these nanocrystals. The resulting material is a direct band-
gap material. The nanoparticles or as they are traditionally called quan-
tum dots, produce luminescence under light excitation giving sharp lines
spectra whose color depends on the size of the particle. The particle is
popular as a luminescent tag or marker for biomedical applications. It has
been attached to DNA, proteins and other components for single cell and
single molecule imaging and tracking. However it suffers from bio-
incompatibility issues as it poses threat of heavy metal poisoning (cadmi-
um) and selenium poisoning. Moreover, it is reactive under ambient con-
ditions and in common solvents. This necessitates the administration of a
silicon oxide protective coating. The particle size achieved including the
protective coating is 8 nm. This is much larger than normal pore size in
live cell, making cell uptake problematic. Because cadmium is one of the
heavy elements, the particle is much heavier than a typical molecular Sys-
tem or a cell component. CdS nanoparticles of different size are pre-
pared through a colloidal rout. The size of the particles could be con-
trolled either by terminating the chemical reaction at different time

interval or by varying the cation/anion ratio in the reaction mixture.

Silicon and silica: Silicon material is one of the most important mate-
rials for nanotechnology applications because it is the backbone of the
microelectronics industry as well as the most biocompatible material be-
ing the least toxic material, promising to be a green technology. It was
Canham who first showed in 1990 that visible red photoluminescence

light (PL) can come out of silicon wafer crystals at room temperature

Yid

most pencils, is made up of countless layers of graphene. Graphene oxide
paper has also been developed. It is contemplated to create a revolution
of its own as this lightweight material may find use in a wide variety of
applications.

Titanium oxide: From the oxides, we have titanium oxide nanoparti-
cles as being the most popular. This oxide became popular because of its
ease and diversity of applications. TiO, nanopowder promises to be an
important commercial product used primarily in a new generation of sun-
screens, cosmetics, plastics and coatings which absorb most of the harm-
ful UV radiation giving greater protection. Titanium dioxide, also known
as titania, is the naturally occurring oxide of titanium, chemical formula
TiO,. For illustration we mention that titanium oxide particles may be
produced by simply heating water-soluble titanium-based salt (e.g., TiO-
SO,) in the temperature range of 100-250" C.

Metal: Metal nanoparticles including those of gold, silver, platinum,
and magnetic metal such as ion are becoming popular. Heavy metals in-
clude tungsten (W) and molybdenum (Mo). We focus a little bit on tung-
sten because it became infamous in the recent events on the world seen
because of allegation of its use in Gaza against civilian targets and other
targets. It is more difficult to synthesize tungsten or molybdenum nanos
because they have high-melting-temperature. Thermal decomposition is
widely applied to produce W nanoparticles. Electrochemical processes
are used too. Powerful short pulses of infrared laser beams are also used.
When the laser beam strikes a piece of tungsten it causes enough heating
to melt or / and flash evaporate, causing something like a microscopic ex-
plosion whereby chunks of highly heated micron- or nano-scale particles
come off in ali direction. Under this kind of intense fast heating, atoms
may flash evaporate; some re-condense to even smaller particles. This

explosion is not very different in concept from what happens in the dime

VAY

Oy

We can miniaturize and produce nano particles from basically any sol-
id material available to us including ceramics, polymers, semiconductors,
metal (conducting, magnetic, and superconducting) and its oxides, etc.
Here we will describe briefly some popular cases for illustration, such as
carbon, silicon, and titanium.

Carbon: There are various forms that carbon exists in. Among those
we have nanoparticles, nanotubes, diamond and graphite. Carbon fulle-
rene bails, such as C60 are empty closed shells of ~ 0.7 nm diameter.
Carbon nanotubes are empty cylinders. The electrical properties of nano-
tubes span from metallic, semi metallic to semiconducting depending on
their atomic structures. Mechanically, nanotubes have high Young?s
modulus and tensile strength (~100 times higher than steel). Scientists
use an arc-evaporation procedure to make the nano tube. They pass a
high current between two graphite electrodes in an atmosphere of helium.
This causes the graphite to vaporize; some of it condenses on the cathode
to form the carbon nanotubes.

Carbon nanotubes (CNT) offer a variety of quite diverse application,
constituting as such a platform technology. For instance it can be used in
construction of transistors & electronics; biosensor; display; and in hard-
ening and improving of composites. However, it has several shortcom-
ing, such as low production yield; difficulty in isolating them from each
other as they tend to entangle, and multi-walling where often they come
out with multtwall configuration. Most importantly some believe they
may pose health hazard because they may not flush after entering the
body because they are needle-like in shape.

Graphene is a one-atom-thick sheet of carbon. It eluded scientists for
years but was finally made in the laboratory in 2004 at Rensselaer Poly-
technic Institute. Graphene is contemplated as a possible heir to copper
and silicon in nano electronics. Graphite, the common material used in

517

SAKAGUCHI lH OYUN TTT ES SPA مس ب لا‎ a a e

Two main approaches are used in nanotechnology: one is a “bottom-
up” approach where materials and devices are built from molecular com-
ponents which assembie themselves chemically using principles of mo-
lecular recognition; the other being a “top-down” approach where nano-
objects are constructed from larger entities without atomic-level control.

In Top-Down-Top, we have the following steps:
m Divide a large piece of a materia) to smaller and smaller

w= Stop before you get to an atom, say 30 to 1000 atoms (in size to 1-3

nano meter or billionth of a meter)

m The tiny parts begin to have properties that are new/novel and are
not found in the larger piece (chemical, optical, magnetic, electronic, me-

chanical, etc.)

m= Rap them if necessary with protective coating to preserve or stabi-
lize them

M Use "identical" tiny parts as building blocks. Build formations as
large as the original parent piece

In Bottom-up-up, we have the following steps:

m Start with atoms of a given material

m Glue a number of them together as large as 30 to 1000
m Rap them with protective coating if necessary

æ Use those as building blocks.

As to the techniques normally used to produce miniaturized nano ma-
terial one can choose from among a host of physical as well as chemical
techniques, depending on the material, size, and volume of nano material
needed. These include ball milling, laser ablation, ion sputtering, com-
bustion flame, microwave-induced plasma, and chemical and electro-
chemical reactions.

Popular examples of nanos

SY

aa uia * 23 LI Í BETIENTITHN UU NOMINE SERERE PCRS AN ASH RESIN AU QN 1 1 1 1 1 1 1 1 1 101010102 0 0 0 > ARCET RRL
cluding colloidal science, chemistry, applied physics, materials science,

and even mechanical and electrical engineering.

A bit of history: The first attempt at miniaturization

Flint stone is a hard, sedimentary cryptocrystalline silicate form of the
mineral quartz (SiO,). It is usually dark-grey, blue, black, or deep brown
in color, and often has a glassy appearance. The color is due to the pres-

ence of impurity. The material is also characterized as composite flint.

Flint fractures into very sharp points. The first attempt to use this
property to produce small objects took place in Palestine 20,000 years
ago. By knapping flint, they produced objects usually about a centimeter
long or less. These were called microliths. Because of this property, it
was used by early man for making sharp stone tools, probably used as
barbs on arrows, spears and other composite tools.

Microliths were either produced from small blades (microblades) or
by snapping normal big blades in a controlled manner to produce geo-
metric microliths. They can be formed as various kinds of triangles, lu-
nate shaped, trapezes, etc. More precisely, they are typically one centime-
ter long and half a centimeter wide when finished. These inventions may
be termed primitive but in actuality they are extraordinarily beautiful
tools, many with edges that are sharper than our finest surgical steel
blades. This process constitutes the first attempt by man at miniaturiza-
tion of matter in a controlled manner. The term micro which we now use
is derived from microlith. The term lithography in nano lithography is
also derived from this word.

How to miniaturize / down scale to the nano

size to a few tens or hundreds of particles in one, two, or three dimen-
sions. For example, Si will not emit light efficiently as a bulk crystal be-
cause of its indirect band gap but will if it is reduced to a crystallite of
only a few nanometers. Many novel magnetic properties, such as Giant
magneto resistance [GMR] and magnetic tunnel junctions [MTJ] are only
obtainable on the nano-scale. Many nanomaterials provide new devices
either by enhancing already existing technology, such as enhancing solar
cells or by enabling new devices based only on the nanomaterial alone

(stand-alone) such as biomedical markers.

To get a feel of what is meant by novel material and novel applica-
tions we enumerate a few of materials and functions that are made possi-
ble with nanotechnology: fiber stronger than spider web; metal 100??s
stronger than steel, 1/6 weight; powders that are five times as light as
plastic but provide the same radiation protection as metal; plastics that
conduct electricity; coatings that are nearly frictionless? (Shipping Indus-
try); functional materials that change color and transparency on demand;
self repairing, self cleaning, and never need repainting material; carriers
(drug delivery); and catalysts respond more quickly and to more agents.

The third impetus is the desire to keep making the transistor and the
memory cell smaller and smaller towards the limit of size. The present
technology is dealing with a 35 nm total size of transistors, with internal
components such as source and drain being a lot smaller. Indeed transis-
tor sizes are approaching inherent physical limits. The term "nanofabrica-
tion" is usually interpreted as a small-scale approach to building devices.
A variant to this is what we call molecular electronics. In molecular elec-
tronics, chemistry is enlisted to assemble circuit components made of
common molecules such as aromatic rings to replace metal wires and

bulk silicon or other semiconductor transistors.

For research teams to accomplish these goals, it is clear that they must

be highly interdisciplinary and should cut across many disciplines, in-

Y31

———— a

In a 1959 speech at the California Institute of Technology by Nobel
Laureate physicist Dr. Richard P. Feynman, “There's Plenty of Room at
the Bottom,” he declared in his discussion of the possibilities of molecu-
lar-scale engineering. To spur work in that direction, he offered $1,000
prizes from his personal funds to the first person to construct a working
electric motor 1/64 inch or less on a side, and to the first person to pro-
duce written text at 1/25,000 scale (the size required to print the entire
Encyclopedia Britannica on the head of a pin).

The motor prize was claimed in 1960 by an engineer who found a way
to construct a very small motor using conventional mechanical techniques.
Dr. Feynman had unfortunately set the size limits slightly too large to re-
quire breakthrough technology. He paid anyway. The printing challenge
took longer; but in 1985 a Stanford University graduate student named
Thomas Newman reproduced the first page of Charles Dickens' novel, A
Tale of Two Cities, on a page measuring only 1/160 millimeter on a side
(20 times smaller than the human eye can see), using electron beam li-
thography. Dr. Feynman paid that prize enthusiastically, since it This epi-
sode has been a defining moment in the history of miniaturization and
nanotechnology (molecular-scale technology). Feynman call for minia-
turization was heeded in a record time. Feynman assumed the process
would be incremental, but miniaturization surprised all, propelling its
way into the nanoscale. As we understand it today, nanotechnology is
control of matter on a scale smaller than a tenth of 1 micrometer, as well
as the fabrication of devices on this same length scale. At the core of this
technology are the three major interests of development of new material,
realization of nano device concepts, and down scaling existing devices to
the limit of size.

New material with novel properties can be discovered or imparted not

only by altering material composition but also by reducing the material

Technology of the 21st Century

Munir H. Nayfeh
Physics department
University of Illinois at Urbana-Champaign
Urbana, Illinois 61801
e-mail: m-nayfeh G'illinois,edu
Tel: 217 333 3774

Nanotechnology coined the technology of this century, attracted bil-
lions upon billions of research funding dollars, and thousands upon thou-
sands of scientists and engineers. It is simply exciting, novel and ven-
tures into areas of science and technology beyond nature where we never
been. Despite the fact that it has not yet delivered, it still captures the
imagination of the young and the old, the scientist and the layman, and
affords us to dream and be futuristic in hope of solving the major prob-
lems facing the human race, such as acute disease, the energy, lighting
and food crunch.

In this article, I will explain the major premises of the technology and
the general methodology of how to create the nanos, the building block
.of the technology. I will then present some popular examples of nanos,
and some applications, the mundane as well as the advanced and futuris-
tic. I will then tackle the issues of commercialization and consumer con-
cern of safety and military exploitation. I will finally ask the eventual
question of whether this technology will ever prove to be the platform
technology of the century.

Introduction

أ. د . متير تايفة

But the 20th century is destined to be known as the launch pad of nan-
otechnology. In the mid 1990, scientist began to realize, as one could see
from some of the examples presented in the preceding two sections, that
new high performance material with novel properties can be discovered
or imparted not only by altering material composition but also by reduc-
ing the material size to a few tens or hundreds of particles in one, two, or
three dimensions. For example, it was discovered that Si will not emit
light efficiently as a bulk crystal because of its indirect band gap but will
if it is reduced to a crystallite of only a few nanometers. Many nanomate-
rials provide new devices either by enhancing already existing technolo-
gy, such as enhancing solar cells or by enabling new devices based only

on the nanomaterial alone (stand-alone) such as biomedical markers.

It was 1999 when President Clinton launched the US national nano-
technology initiative and allocated millions of dollars to probe this area
for potential material and device innovation beyond nature. Other coun-
tries followed suit and since then we have been witnessing an explosion
in research and development in all aspects of this area. As we understand
it today, nanotechnology is contro! of matter on a scale smaller than a
tenth of 1 micrometer, as well as the fabrication of devices on this same
length scale. At the core of this technology are the three major interests
of development of new material, realization of nano device concepts, and
down scaling existing devices to the limit of size.

Due to its importance and to the large volume of material, I dedicate a
separate chapter to this area.

Nanotechnology: The Platform

yya

will have a capacitance in the range of tens of millifarads. The same size
electric double-layer capacitor would have a capacitance of several far-
ads, an improvement of about two or three orders of magnitude in capaci-

tance, but usually at a lower working voltage.

Solid-state lighting: With the advent of commercial LEDs in the 1960s,
the door for the most radical and exciting form of lighting technology
had opened. Unlike conventional lighting, LEDs utilize a chip to produce
light; it consumes less electricity and has largely avoided the parasitic
by-products of standard bulbs: heat. LEDs come in red in color, with yel-
low and orange variants and in blue following soon thereafter. It was
now possible to create white light by combining the light of separate
LEDs (red, green, and blue). The most recent technology uses a single
blue/UV LED and phosphors coating/films as a white convertor to pro-
duce white light, as phosphorous is able to emit a broader wavelength
spectrum light. But phosphors conversion, as may have been observed
during the most recent use of white phosphorous as a weapon for lighting
over in Gaza City by the Israeli Army, does quite cover the ordinary
white sunlight spectrum thus proposals for using additional ingredients to
complement phosphorous, such as semiconductor nano particles have
been put forward.

What's next in Technology?

The twentieth century was a time of extraordinary change as new tech-
nologies and new inventions emerged at a bewildering rate. Our world
was transformed beyond recognition, and so were our lives and our aspi-
rations. The iconic themes of the century include flight, space travel, tele-
vision, mechanized war, medicine, video games, electronic music, sky-
scrapers, electronic espionage and much more. And more it is with
technologies, such as the car and the internet, which became unstoppable.

TY

أ. د . منير RAM‏

botanical antioxidants, and topical anti-inflammatories. The largest growth
area in cosmetic facial treatment is related to aging. The aging of the skin
is mainly due to solar exposure and loss of hormones for example growth
hormone, testosterone and estrogen. These two factors lead to excessive
oxidation of collagen and elastin fibres resulting in ?crossing?. In newer
skin, these fibres are usually found in thick bundles spread evenly under
the skin surface. This 'crossing' leads to dimples and sagging of the skin.
Ultraviolet (UV) radiation accounts, however for 90% of the symptoms
of premature skin aging. Aging individuals start to see fine lines and
wrinkles, decreased skin thickness, uneven skin tone and texture, declin-
ing collagen and elastin production and barrier dysfunction - even dehy-
dration. Dehydration can manifest itself as dry, brittle skin, which results
from the loss of a lipid barrier that controls the amount of moisture lost to
the atmosphere. Ultraviolet light not only damages the DNA in the cells
of the skin, but also inhibits the repair mechanisms that repair damaged
skin cells. The breakdown or depletion of DNA, collagen, Elastin, hyalu-
ronic acid and other supporting molecules in the dermis all lead to the
clinical changes of facial aging. Advanced anti-aging skin care products
include the following insubstances: Vitamins A, C and E, Alpha Hydroxy
Acids (AHAs), Glycolic Acid, N-6 furfuryladenine (kinetin), Copper
Peptides, Pal-KTTKS, Green Tea Extract, and TNS. For instance, copper
peptides are the latest scientific breakthrough in skin rejuvenation. Cop-
per has been found to naturally firm the skin, enhance elasticity, and re-
duce fine lines and wrinkles.

Energy storage and supercapacitors: Supercapacitors represent a new
breed of storage technology. Supercapacitors store charge by means of an
ultrathin electric double-layer. They are able to store greater amounts of
energy than conventional capacitors, and are able to deliver more power

than batteries. For instance, a typical D-cell sized electrolytic capacitor

YY)

Cloning: Cloning has been around for a few years and has achieved
public recognition only very recently. Animal cloning is a means of asex-
ual reproduction where a single cell in made to grow into an animal ge-
netically identical to the animal that donated the cell. Human cloning is
basically the same, yet there are more complications associated. There
have been some exciting successes. The first successful clone was Dolly
the sheep. Though, it took 277 attempts before she was born and healthy.
Scientists have also been able to create cats, cattle, pigs, goats, mice and
other farm animals, But the clones had significant abnormalities and
brain damage. Respirators and feeding machines had been hooked up to
these animals, some right after birth. Just recently a colt was created from
a mare donor. This was a great advance in the science. Humans, howev-
er, is a different matter as they pose a great risk in cloning because of
their molecular structure. So far, animals have been the "test group" in
the field of genetic engineering.

Food processing and packaging technology: Global food processing

and packaging business has reached to multi trillion dollars. Smart pack-
aging techniques, the role of nanotechnology in packaging, various types
of packaging machineries including the application of robotics, package
prnting techniques, conventional automation and control tools are
among the most advanced developments.

Advanced skincare products: Modern cosmetic chemists and engi-

neers focus on the latest technologies and issues that are pertinent to the
development of novel skin care products. Advances in formulation and
development include raw materials and active ingredients, compound
testing, and clinical assessment. The goal is to create effective skin care
products for men and women in a diverse range of ethnic populations, in-
cluding cleansers, moisturizers, toners and astringents, sunscreens, hy-

droxy acids, retinoids, topical vitamins, nutritional antioxidants, topical

YYY

أ. د . منير نايفة

ingredients into the circulatory system via skin. The patches have been
proved effective because of its large advantages over other controlled
drug delivery systems.

Single cell and single molecule technology: Recent advances in pre-

ventive medicine technology, which targets early detection and treatment
of disease required ultrasensitive measurements of cell or DNA molecule
population. This triggered recent advances in fluorescent proteins, small
molecule fluorophores, and semiconductor luminescent labels in the nan-

oscale regime.

Synthetic bone grafts: Nearly half-million of spinal fusion procedures
and other bone grafts are annually performed in the United States. In
these procedures allografts and autografts are used as the preferred op-
tions. Developments in orthopedic biomaterials research are steadily
emerging to challenge these materials and procedures Among recent
product introductions, are alternatives to these longstanding bone graft-
ing techniques, which include a É- tricalcium phosphate composite, and a
hydroxyapatite compound derived from marine coral.

Control of fertility: The major thrust of recent research in fertility con-
trol technology has been in improvement and adaptation of existing
means of fertility control. Nonclinical methods have seen improvements
in packaging, the use of lower dosages for steroid contraceptives, the use
of colored and lubricated condoms, and better spermicide-germicide
foam preparations. Clinical methods, which include the IUD, have seen
the development of the pleated plastic membrane. The clip and ring, that
allows female sterilization via laparoscopy on an outpatient basis has
been developed, which advanced female sterilization procedures. Simpli-
fied nonelectrical means of uterine aspiration and menstral regulation
have been developed, which allowed for greater availability of hindsight

contraception.

YYY

——— NAL TETUR UTUNTUR OER

merase chain reaction to amplify a small sequence of the DNA a million-
fold. This provides enough copies of the small DNA Sequence for re-
searchers to perform the third step, which is sequencing and analyzing
the small DNA sequence.

DNA sequencing refers to methods for determining the order of the
nucleotide bases, adenine, guanine, cytosine, and thymine, in a molecule
of DNA. The first DNA sequences were obtained in the early 1970s
based on 2-dimensional chromatography. In 1975, the first complete
DNA genome to be sequenced is that of bacteriophage. In 1977, Allan
Maxam and Walter Gilbert published the method of DNA sequencing by
chemical degradation. Frederick Sanger, independently, published the
method of DNA sequencing by enzymatic synthesis. Dye-based sequenc-
ing methods with automated analysis were then developed in the mid
199095, which made sequencing easier and orders of magnitude faster.
The rapid speed of sequencing attained with modern DNA sequencing
technology has been instrumental in generating the complete DNA se-
quences of the human genome as well as many animal, plant, and micro-
bial genomes.

Transdermal patch drug delivery: The number of medications and the

ways tn which they can be administered have expanded dramatically over
the years. One such advance has been the development of transdermal
patch delivery systems. Transdermal drug technology specialists are con-
tinuing to search for new methods that can effectively and painlessly de-
liver larger molecules in therapeutic quantities to overcome the difficul-
ties associated with the oral route. Transdermal Drug Delivery System is
the system in which the delivery of the active ingredients of the drug oc-
curs by the means of skin. Skin is an effective medium from which ab-
sorption of the drug takes place and enters the circulatory system. Vari-
ous types of transdermal patches are used to incorporate the active

Y4

أ. د . منير نايفة

heat-guided therapy modalities of drug targeting and gene expression,
make use of the controlled electromagnetic non-ablative heating in the
patient?s trunk. The combination of the HT and the magnetic resonance

(MR) systems for temperature monitoring is enabled.

Recent advances in imaging gene expression utilizing radionuclide
technologies in living subjects have enabled advances in breast imaging
technology. Researchers are investigating a variety of imaging technolo-
gies as tools for studying gene expression in living subjects. For exam-
ple, the radiolabeled isotope procedure, which is known as single photon
emission computed tomography (SPECT) and positron emission tomog-
raphy (PET) are two of the most important technologies. Radionuclide
approaches are characterized by a relatively high sensitivity, a full quan-
titative tomographic capability, and the ability to extend small animal im-
aging assays directly into human applications. Various radiolabeled
probes (tracers) can be synthesized to target specific molecules present in
breast cancer cells. We mention a number of those for example: antibod-
ies or ligands to target cell surface receptors, substrates for intracellular
enzymes, antisense oligodeoxynucleotide probes for targeting mRNA,
probes for targeting intracellular receptors, and probes for genes trans-
ferred into the cell. Because of safety concern as a result of the radioac-
tivity, scientist began to turn to alternative labels such as ultrasmall semi-

conductor luminescent labels with sizes in the nanoscale.

Genomics: DNA technology has progressed immensely. DNA Se-
quencing is at the center of the Human Genome Project, which promises
to revolutionize the Biomedical Sciences and the treatment of human dis-
eases. There is a need to examine smaller and smaller samples of biologi-
cally sensitive material. For instance, to compare DNA from different or-
ganisms, scientists generally follow a three-step procedure. First, they
isolate DNA to get a purified sample of DNA. Second, they use the poly-

YYo

Vacuum technology is pivotal to the requirements of many advanced
technologies and applications in fields as diverse as the semiconductor,
thin film, space, surface, physics, and industrial fields. Advances in vacu-
um science require more complete understanding of gas-solid phase in-
teractions at the atomic and macroscopic scale. Among the advances that
have emerged or matured since 1990 we have developments in vacuum
hardware, instrumentation, and computer-aided design and engineering.
Dry pumps, water pumps, turbo drag pumps, enhanced and miniaturized
total and partial pressure gauges, in situ particle monitors, and leak detec-
tors are examples of instrumentation. Also matured is the application of
workstation and PC-based 3-D solid modeling software to the mechani-
cal design of systems as well as software used to model gas flow and pre-
dict the performance of vacuum systems.

Tire technology: There have been advances in tire materials, tire con-
structions and tire technologies, which have led to new products that are
more efficient, lower cost and more uniform production. New generation
of nano-filler; surface modified or plasma treated filler; reinforcing mate-
rials like aramid have emerged. Aramid fibers are a class of heat-resistant
and strong synthetic fibers. They are used in aerospace and military ap-
plications, for ballistic rated body armor fabric, and as an asbestos substi-
tute.

Medical electronics has progressed from computerized axial tomogra-
phy, or the use of CAT or CT scanners (see X Ray), to systems that can
discriminate more and more of the organs of the human body. Devices
that can view blood vessels and the respiratory system have been devel-
oped as well. Ultrahigh definition television also promises to substitute

for many photographic processes, because it eliminates the need for sil-
ver,

The deep-body hyperthermia (HT) cancer therapy, as well as the novel

YYA

443 puis. af

er-hackers are on the rise. Those people illegally gain access to computer
systems and often violate privacy and tamper with or destroy records.
They inject in computer networks programs called viruses or worms that
can replicate and spread from computer to computer, erasing information
or causing computer malfunctions. Other individuals have used comput-
ers to electronically embezzle funds and alter credit histories. As a result,
regulation of material on the Internet and the World Wide Web has be-
come an ethical issue to be solved. Individuals, companies, and govern-
ments are all working to solve these problems. Developing better com-
puter security and enacting regulatory legislation, are among the means
being focused on.

Computer vision: Computer vision is a branch of artificial intelli-
gence. It aims at providing computers with the functions typical of hu-
man vision. For example, computer vision has enabled important applica-
tions in fields as diverse as industrial automation, robotics, biomedicine,
and satellite observation of Earth. In the field of industrial automation
alone, its applications include guidance for robots to correctly pick up
and place manufactured parts, nondestructive quality and integrity in-
spection, and on-line measurements.

GPS/GIS field data collection pose severe problems for cartographers,
surveyors, engineers and researchers because the tools that have been
available for mapping applications have been bulky in size and weight,
expensive, and difficult to learn. Recently, we saw major advances in
GPS technology (receivers), data collection hardware, and field data col-
lection software. The autonomous GPS accuracy improved, as well as the
data collectors became smaller, lighter, and less expensive. The software
has become cheaper and easier to learn, while lower priced laser range
finders have become available. All of these advances have made the
GPS/GIS data collection tasks easier, more economical and faster to

complete.

communications, information handling, and computing. Integrated cir-
cuits reduce the size of devices and lower manufacturing and system
costs, while at the same time providing high speed and increased reliabil-
ity. These in turn, along with advances in the physical and life sciences,
enabled all sorts of advanced technologies in health and food, energy and
lighting, water and environment, and material. Here, I will give some
representative examples for illustration.

Digital gadgets: Digital watches, hand-held computers, and electronic
games are systems based on microprocessors. Other developments in-
clude the digitalization of audio signals, where the frequency and ampli-
tude of an audio signal are coded digitally. Digitally recorded music
shows fidelity that is not possible using direct-recording methods. Digital
playback devices of this nature have already entered the home market.
Digital storage could also form the basis of home video systems and may
significantly alter library storage systems because much more informa-
tion can be stored on a disk for replay on a television screen than can be
contained in a book.

Computer-human interface: It is contemplated that computers will be-
come more advanced as well as become easier to use. Operation of a
computer will benefit from reliable speech recognition, making it easier.
The technology of interacting with a computer using all of the human
senses, coined virtual reality, will also contribute to better human and
computer interfaces. Standards for virtual-reality program languages,
called Virtual Reality Modeling language (VRML), currently are being
developed for the World Wide Web.

Computer security: Computers are continuing to gain more and more
power as well as versatility. It is not hard to realize that computers indeed
simplify day-to-day life. Unfortunately, as computer use becomes more

widespread, so do the opportunities for misuse. The numbers of comput-

YYA

أ. د . مثير نايفة

and threadlike optical fibers of communications networks, the magnetic
particles dispersed on discs and other surfaces to record digital data.
Making transistors, for example, begins with the growing of flawless
crystals of silicon, since the electrical properties of the semiconductor are
sensitive to minuscule amounts of impurities (in some cases, just one
atom in a million or less) and to tiny imperfections in their crystalline
structure. Similarly, optical fibers are composed of silica glass so pure
that if the Pacific Ocean were made of the same material, an observer on
the surface would have no difficulty seeing details on the bottom miles
below. Such stuff is transforming our lives as dramatically as steel once
did, and engineering at the molecular level of matter promises much
more of the same.

Recent Advances in technology

Semiconductor pioneer Gordon Moore predicted in 1965 that the num-
ber of transistors contained on a computer chip would double every year.
This is now known as Moore's Law, and it has proven to be somewhat
accurate. The number of transistors and the computational speed of mi-
croprocessors currently double approximately every 15 months. Transis-
tors continue to shrink in size towards the nano-scale, and are becoming
faster, cheaper, and more versatile. Today's research to increase the speed
and capacity of computers concentrates mainly on the improvement of
integrated circuit technology and the development of even faster switch-
ing components. Very-large-scale integrated (VLSI) circuits that contain
several hundred thousand components on a single chip have been devel-
oped. Very-high-speed computers are being developed in which semicon-
ductors may be replaced by superconducting circuits using Josephson
junctions and operating at temperatures near absolute zero.

The development of integrated circuits has revolutionized the fields of

۹

forced by particles, fibers, or plates of another type. Among the first en-
gineered composites was fiberglass, developed in the 1930s. Made by
embedding glass fibers in a polymer matrix, it found use in building pan-
els, bathtubs, boat hulls, and other marine products. Since then, many
metals, polymers, and ceramics have been exploited as both matrix and
reinforcement. In the 1960s, for instance, the U.S. Air Force began seek-
ing a material that would be superior to aluminum for some aircraft parts.
Boron had the desired qualities of lightness and strength, but it wasn't
easily formed. The solution was to turn it into a fiber that was run
through strips of epoxy tape; when Jaid in a mold and subjected to heat
and pressure, the strips yielded strong, lightweight solids?a tail section
for the F-14 fighter jet, for one. While an elegant solution, boron fibers
were too expensive to find wide use, highlighting the critical interplay
between cost and performance that drives materials applications.

Many composites are strengthened by graphite fibers. They may be
embedded in a matrix of graphite to produce a highly heat-resistant mate-
rial — the lining for aircraft brakes, for example — or the matrix can be an
epoxy, as with composite shafts for golf clubs or frames for tennis rack-
ets. Other sorts of composites abound in the sports world. Skis can be re-
inforced with Kevlar fibers; the handlebars of some lightweight racing
bikes are made of aluminum reinforced with aluminum oxide particles.
Ceramic-matrix composites find use in a variety of hostile environments,
ranging from outer space to the innards of an automobile engine.

Doped materia] -composition control: Many recent triumphs in mate-

rial innovation is rooted in exquisite precision and control. This is espe- -
cially the case in the amazing realm of electronics, built on combinations
of metals, semiconductors, and oxides in miniaturized geometries?the

fingernail-sized microchips of computers or CD players, the tiny lasers

YY.

أ. د . منير نايفة

tracks of sprawling railway networks, the ribs and plates of steamship
hulls, and a multitude of other applications extending from food cans to
road signs. High performance steel still stands supreme in both versatility
and volume of production. Hundreds of alloys are made by adding chro-
mium, nickel, manganese, molybdenum, vanadium, or other metals to the
basic steel recipe of iron plus a small but critical amount of carbon. Some
of these alloys are superstrong or ultrahard; some are almost impervious
to corrosion; some can withstand constant flexing; some possess certain
desired electrical or magnetic properties. Highly varied microstructures

can be produced by processing the metal in various ways.

In 1906, an alloy of aluminum with a small amount of copper was
heated it to a high temperature, then quickly cooled it. At first the alumi-
num was even softer than before, but within a few days it became re-
markably strong, a change caused by the formation of minute copper-rich
particles in the alloy, called precipitation hardening. This lightweight ma-
terial became invaluable in aviation and other transportation applications.

Titanium was first isolated in 1910 but not produced in significant
quantities until the 1950s. It is not only light and resistant to corrosion
but also can endure intense heat, a requirement for the skin of planes
traveling at several times the speed of sound. But even titanium can't
withstand conditions inside the turbine of a jet engine, where tempera-
tures may be well above 2,000° F. Turbine blades are instead made of
nickel- and cobalt-based materials known as superalloys, which remain
strong in fierce heat while spinning at tremendous speed. To ensure they
have the maximum possible resistance to high-temperature deformation,
the most advanced of these blades are grown from molten metal as single
crystals in ceramic molds.

Composites: Big performance gains are already well in hand for the

class of materials called composites in which one type of material is rein-

YY)

analysis exploded with new forms of microscopes and telescopes. In the
century we saw us move on from the optical telescope and the micro-
scope to the advanced near field scanning optical microscope, x-ray,
magnetic resonance, ultrasound, electron microscopy, scanning tunneling
microscopy, and atomic force microscopy. The latter ones are so power-

ful capable of observing a single atom

High-performance material technologies

An explosion in materials research marked the 20th century. This has
culminated in countless new and useful materials not ordinarily found in
nature. What better witness to this revolution in material science and en-
gineering than the automobile, aircraft, sporting goods, skyscrapers,
clothing (both everyday and super-protective), computers and a host of
electronic devices.

Non-conventional materials: We mention here some of the most im-
portant ones: bakelite, precipitation hardening, Pyrex, stainless steel (re-
discovered), synthetic rubber, glass fibers, polyethylene, nylon; clear
strong plastic, Teflon, nickel-based super alloys, ceramic magnets, bari-
um titanate, Tupperware, silicones, glass into fine-grained ceramics, Dac-
ron, high-density polyethylene; synthetic zeolites, synthetic diamonds,
high molecular weight polypropylene, “float” glass, large single crystals
of silicon, nickel-titanium (Ni-Ti) alloy shape memory, acrylic paints,
carbon fiber, amorphous metal alloys, electrically conducting organic
polymers ,

Some of those have become household names for use around the
kitchen, such as Pyrex, Teflon, Tupperware, stainless steel, and silicone.

Metal alloys: Man has figured out how to make steel in large quanti-
ties, and industry titans are now producing millions of tons of it each —
year, to be used for the structural framing of bridges and skyscrapers, the

YYY

T‏ . منير نايفة

may someday serve as the trigger for controlled fusion, the long-sought

thermonuclear process.

Food and health: Water Supply and Distribution, Agricultural Mecha-
nization, Air Conditioning and Refrigeration, Household Appliances,
Health Technologies, Imaging

Techniques for chlorination of water supplies were developed in the
late 19th and early 20th centuries. In 1908, Jersey City Water Works be-
came the first system in the United States to practice large-scale chlorina-
tion on a permanent basis. The condition of water supply systems was
tremendously upgraded and the direct threat to public health were mini-
mized or eliminated. Chlorination is used for the purpose of disinfection.
Disinfection kills or inactivates harmful microorganisms which can cause
illnesses such as typhoid, cholera, hepatitis and giardiasis. Sometimes,
water systems use chlorination for taste and odor control, iron and man-
ganese removal, and to stop nuisance growths in wells, water pipes, stor-
age facilities and conduits.

The mechanization and automation of agriculture are direct pathways
to increase the production efficiency and product quality, by reducing
cost and labor demands while improving working environment. Although
mechanization and automation of agriculture, including the irrigation sys-
tem may have started as early as the 19th century, work in this is still in
progress. Food preservation and the refrigerator at home, during transport
or in national reservations have become God given.

The century witnessed a wide assortment of medical advances in diag-
nosis, pharmaceuticals, medical devices, and other forms of health care.
In 1900, the average life expectancy was 47 years. By 2000, it was near-
ing 77 years. That remarkable 30-year increase was the result of a num-
ber of factors, including these medical advances as well as the creation of

a safe water supply. Imaging technologies for medical and other material

YET

NR RESET EO RHENO A TR

distance message traffic, light from laser beams traveling in glass fibers
was used. The fibers have to be of extremely high-quality and to be so
thin only a few microns in diameter. The laser used is an infrared contin-
uous beam semiconductor laser functioning at room temperature and op-
erating for hundreds of thousands of hours without failure. Lasers have
found other applications in almost any industry. In manufacturing, in-
frared carbon dioxide industrial lasers cut and heat-treat metal, trim com-
puter chips, drill tiny holes in tough ceramics, silently slice through tex-
tiles, and pierce the openings in baby bottle nipples. In the construction
industry, the narrow, straight beams of lasers guide is used to align things
in countless applications, including the laying of pipelines, drilling of
tunnels, grading of land, and alignment of buildings. In medicine, the la-
ser can deposit intense, clean, well defined heat to selected spots which
enable several surgical applications. For instance, detached retinas are
spot-welded back in place with an argon laser's green light, which passes
harmlessly through the central part of the eye but is absorbed by the
blood-rich tissue at the back. Medical lasers are also used to make surgi-
cal incisions while simultaneously cauterizing blood vessels to minimize
bleeding and they allow doctors to perform exquisitely precise surgery on
the brain and inner ear.

Lasers also invaded many everyday devices. For example, in CD or
DVD players we read the digital contents of a rapidly spinning disc by
bouncing laser light off minuscule irregularities stamped onto the disc's
surface. The Barcode scanners in supermarkets are another example. The
machine plays a laser beam over a printed pattern of lines and spaces to
extract price information and keep track of inventory. Pulsed lasers can
have pulses as short as a few femto seconds can visually freeze the light-
ning-fast movements of molecules in a chemical reaction as was demon-

strate by Nobel Laureate Ahmed Zewail. And super powerful laser pulses

F٤

أ. د. متير نايفة

the University of Illinois. The National Science Foundation, the state of
Illinois, the University of Illinois, industrial partners, and other federal
agencies support NCSA. Presently, NCSA operates some of the world's
most powerful supercomputers and develops the software needed to effi-
ciently use these systems. The center is an international leader in deploy-
ing robust high-performance computing resources and in working with
research communities to develop new computing and software technolo-
gies. NCSA and its partners have been selected by the National Science
Foundation to build and deploy a sustained-petascale compute system,
dubbed Blue Waters, which wil] be available to the national research
community in 2011.

The area of communication had a share of development in this century
as well. The radio was demonstrated in New York in 1899 as a new
mode of communication based on electromagnetic (radio) waves, with
information traveling at the speed of light. The Radar (Radio Detection
and Ranging for locating aircraft was patented in Britain in 1935. The tel-
ephone was invented by Alexander Graham Bell in 1877. Soon after,
cables of telephone wires reached private dwellings, country houses,
shops, manufactories, etc.

The predecessor to the Internet ARPANET, which is a computer-
linking system, was showcased at a conference held at the Washington
Hilton in 1972. This network had been developed under military auspices
to help computer scientists share information and enable them to harness
the processing power of distant machines. The showcase jump-started a
revolution and turned into the non-military computer-linking system the
Internet.

The laser and fiber optics is the mother of inventions. It is a break-
through in telecommunications and a variety of industries. Instead of us-

ing electrons traveling along copper or coaxial cables to transmit long-

yro

PvP: hr a ١12121 AMICI OA‏ ااا

Ia mid-1948, the transistor the backbone of modern electronics was in-
troduced to the public. It was demonstrated for the first time at Bell Tele-
phone Laboratories. The transistor, which replaced the bulky vacuum
tube, has revolutionized our world today by giving us the capability of
scaling down the size of electric instruments. The advent of the transistor
created a multi-billion dollar industry that produced such popular devices
as pocket radios, hand held radios, calculators, computers, television re-

ceivers, and electronic games.

The World's First Minicomputer Kit, the Altair 8800, came to exis-
tence in the early 1970s. It was destined to rival commercial models. It
was depicted on the cover of the January 1975 issue of Popular Electron-
ics magazine at a price of $397 for the parts. It was primitive such that
programming had to be done by adjusting toggle switches. The memory
held a meager 256 bytes of data, and output took the form of patterns of
flashing lights. Despite its primitiveness, it indeed started a revolution.

Modern computers date to the period 1940-1945. Early electronic
computers were the size of a large room. Today?s computer occupies a
fraction of the space, while being millions to billions of times faster. Per-
sonal computers are what we have around us. Embedded computers are
small, simple devices that may be found in machines ranging from fight-
er aircraft to industrial robots, digital cameras, and children's toys. Super-
computers were introduced in the 1960s. They were designed primarily
by Seymour Cray at Control Data Corporation (CDC). A supercomputer
is a computer that is at the frontline of current speed of calculation. The
IBM Roadrunner, located at Los Alamos National Laboratory, is current-
ly the fastest supercomputer in the world.

In January 1986, the US National Science Foundation launched a Su-
percomputer Centers Program and funded five centers, one of them

called the National Center for Supercomputing Applications (NCSA) at

YY^

أ. د . منير نايفة

22%. Present research on PV focuses on developing more efficient con-
figurations and on new materials and novel ideas from nanotechnology to

improve the efficiency, lower the cost and extend the lifetime.

The need for lighting resulted in the development of several technolo-
gies. The tungsten bulb was made possible with the invention of electrici-
ty. For the past 150 years, lighting technology was mainly limited to in-
candescence and fluorescence. While derivative technologies such as high-
intensity discharge lamps (HID) have emerged, none have achieved ener-
gy efficiencies exceeding 25%, with incandescent lighting achieving an
efficiency of less than 2%. With the advent of commercial LEDs in the
1960s, however, now attention is turning to solid state LED lighting. Un-
like conventional lighting, LEDs consume less electricity and have large-
ly avoided the parasitic by-products of its predecessors: heat.

Transportation: Automobile, Airplane, Spacecraft, Highways

The automobile was invented, making the horse carriage obsolete. In a
short time, motorized carriages and trucks spread everywhere. The air-
plane arrived next. The first flight lasted 12 seconds and carried one man
120 feet. Today, nonstop commercial airline flights lasting as long as 15
hours carry hundreds of passengers halfway around the world. In 1957,
first-ever spacecraft was launched by the Soviet Union. As the need for
transportation of goods and food as well as people grew, networks of mo-
tor highways sprung over the whole world.

Service technologies

Service technologies including information technologies, health and
food services will be covered.

Information technology: Electronics, Computers and supercomputers,
Radar, Radio and Television, Telephone, Internet, Laser and Fiber Optics

TY

LL A ESO) ii ةا اااي‎

proved resources and infrastructure, such as electrification, energy and
lighting, and transportation. In addition, I will summarize strides achieved
in the service technologies, such as communication information, food
and health. I will then briefly present the century?s innovative new mate-
rials, which enabled many of advanced technologies. Finally, I will look
into the future by going in depth into nanotechnology, which came to be-
ing in the last decade of the century and has been coined to be the plat-
form technology of the present technology.

Resource technologies

In this section, we will focus on resource technologies such as elec-
tricity, energy, lighting, and transportation.

Electrification and electricity:

The electricity was invented. And everything became wide open for
advancement and innovation. At the beginning of the 20th century elec-
tric power became the muscle of the modern world. Today it keeps facto-
ries running as well as the telecommunications industry, the appliances in
homes, and the lifesaving equipment in our hospitals. In myriad other
ways the ready access to electricity helps maintain the well-being of bil-
lions of people around the globe

Energy and lighting: Petroleum and Petrochemical Technologies, Nu-
clear Technologies, photovoltaic

Oil became the undisputed source for the 20th century. Refined petro-
leum ran the automobiles, aircraft, farm equipment, and industrial ma-
chines. In addition to oil, the century witnessed the emergence of nuclear
energy, and nuclear power stations. Solar photovoltaic (PV) technology
harvests sun light into electric power. Commercial cells have efficiencies

of 12% or more. The efficiency however can theoretically be as high as

TA

The Harvest of the 20th Century
Technology

Munir H. Nayfeh
Physics department
University of Illinois at Urbana-Champaign
Urbana, Hlinois 61801

e-mail: m-nayfeh &illinois.edu
Tel: 217 333 3774

Abstract

This 20th century is characterized by the fact that science and technol-
ogy have become intimately coupled and inter-wind. In some cases, it
may even be hard to distinguish between the two especially when we
consider the area of nano- science and technology, which came to being
towards the end of this period. As a result, the 20th century saw hugely
important technological innovations in the fields of food and health,
transportation, information technology and computing, energy, advanced
material and nanotechnology to name but a few. The scientific revolution
provided the environment for the industrial revolution, but it was the in-
dustrial revolution that elevated society's expectations, thus creating a de-
mand for technologies that improves the quality of life as well as for
?luxury? technologies. In 1900, the average life expectancy was 47 years.
By 2000 it was nearing 77 years. The 20th century may be best called the
century of quality of life. In this article, I will summarize the major tech-

nologies that came to being in the century including technologies that im-

YYA

الفصل الخامس
العلوم الكيميائية

أ. د . تزار رياح الريس

ALL ey ccu العلوم‎

الأستاذ الدكتور نزار oua ebay‏

مقدمة

i>‏ العلماء في القرن العشرين فتوحات مهمة وإنجازات كبيرة
في مجال الكيمياء» قادت إلى gd‏ أعمق للتفاعل الكيميائي؛
وإلى اصطناع مركبات جديدة فتحت الباب واسعا أمام صناعات
كبرى» تساهم في حل كثير من مشكلات الإنسانء وتوف رله
الغذاء والكساء والدواء. وكانت نهاية القرن سعيدة؛ إذ حمق
الكيميائيون حُلمهم في تصوير الجزيئات والذرات في أثناء
تفاعلها باستخدام كاميرات متطورة جداء وفي رؤيتها بالتصوير
البطيء .

جاءت هذه الإنجازات بفضل جهود آلاف العلماء الذين كشفوا
أسرار تركيب الجزيئات أو اصطنعوهاء أو ابتكروا التجهيزات
الساعذدة؛ of‏ توضلوا لنظريات تف سر ماقي من أسرار
التفاعلات. وقد حصل ٠١١‏ من علماء الكيمياء على جائزة نوبل
في هذا القرن منفردين أو مجتمعين .

يمكن القول إن علم الكيمياء تطور عبر مراحل عدة؛ أولها

YEY

مرحلة السحر الأسود (Black magic‏ وهي المرحلة التي ازدهرت فيها الحضارات
القدية وامتدت حتى ظهور المسيحية» ريغنت نه الات coll bly‏ علق ا
العلمي . وبعدها ظهرت أول نظرية حول تكوين الادة؛ ومؤداها أن جميع المواد تتكون
من أربعة عناصر هى : الطين (التربة) والهواء والنار والماء. وكانت هذه أول نظرية
gl‏ تسر التركيب Shen SH‏ للمادة: وفي عام EVA‏ ق.م. » أعلن لوسييوس»
أستاذ أرسطوء أن المادة تتكون من ذرات 470:05 e‏ وأن الذرات أجسام لامتناهية
الصغرء لا ترى بالعين المجردة» وأنها شديدة الصلابة لا يكن تقسيمها. وتلا ذلك
مرحلة الكيمياء القديمة (الخيمياء أو السيمياء) Alchemy‏ التي امتدت لفترة زمنية
طويلة » وانتهت ع ad a‏ الام 525 )1309 (Encyclopedia Britannica,‏

وكان من أبرز معالم هذه الفترة ة ظهور ما سمي "حجر الفلاسفة " Philosophers’‏
¢stone‏ وهو الحجر الذي ساد الاعتقاد أنه قادر على تحويل الفلرات الرخيصة الى
coll‏ ثمينة» والذي لم يعثر عليه أحد.

وتميرّت هذه المرحلة بظهور الكيميائيين العرب المسلمين (مرحباء ۱۹۷۸ ؛ «OU Je‏
fes © 7‏ بجابر بن حيان (۱۹۷-۱۱۲ه/ ۸۱۳-۷۳۰ Ce‏ الذي اعتمد منهج
الاستنباط والاستقراء معا. وكان أول من أرسى قواعد «الطريقة العلمية»» التي تعتمد
التجربة العملية للوصول الى المعرفة. وقد قدم جابر الكثير من الإنجازات؛ ما جعل
العرب يُطلقون على الكيمياء «علم جابر». ثم جاء الرازي (۳۲۰-۲۵۰ه/ ATE‏
Ce AY‏ الذي برع في الربط بين الطب والكيمياء؛ واتجه بالكيمياء اتجاها استقرائيا
علميا. وبعده جاء المجريطي aT AA-YYA)‏ / 8-450١١1م)»‏ الذي اهتم بتجارب
الاحتراق وتفاعلاته والتغيرات التي يحدثها في أوزان المواد» قبل پريستلي ولافوازيبه
بقرون. SMI,‏ ( توفي عام EY‏ ۷ه / QV EY‏ آخر العمالقة من علماء العرب
في مجال الكيمياء. وقد شهد مؤرخو العلوم بأهمية ما قدمه هؤلاء العلماء لعلم
الكيمياء . فهذا ديورانت في كتابه «(قصة الحضارة! يقول: انتيجة للجهود العظيمة التي
قام بها علماء العرب والمسلمين» بدأت الكيمياء تأخذ صورة علم حقيقي؛ وهم أول
من أدخل التجربة الموضوعية في دراسة الكيمياء». وانتقلت إنجازات العلماء العرب في

Yet

أ.د. نزار رباح الريس
مجال الكيمياء في القرن الثالث عشر الى أوروباء وكان لها دور رئيسي في القضاء على
فكرة حجر الفلاسفة . ومنذ ذلك الوقت» تولى علماء الغرب حمل الراية . وكان من
أوائل من حققوا إنجازا مهما في هذا المجال روبرت بويل البريطاني» الذي وضع ما

يُسمّى قانون OULU by‏ والذي وضعت اكتشافاته ونظرياته نهاية لنظرية العناصر
الأربعة التي تكن الادة.

في عام 217/794 ابتكر جورج شتال مفهوم cas‏ د
وعرفه بأنه مادة خفية غير مرئية JV‏ لها ولا رائحة ولا طعم ولها كتلة سالبة!
وراجت هذه النظرية الى أن أثبت أنطوان لافوازييه بطلانها بتجاربه البارعة على
الاحتراق» التي أجراها بين عامي e VAY- AVVA‏ والتي وضعت نهاية حاسمة لكل
من نظرية العناصر الأربعة ونظرية الفلوجستون . لذلك» يعد لافوازييه الأب الشرعي
l EREN,‏

في عام AY‏ وضع جون دالتون أسس النظرية الذرية الحديئة
(Greenaway, 1966)‏ . وكان من أوائل من قدر أهمية هذه النظرية الكيميائي الشهير
جاكوب (يعقوب) برزيليوس» الذي SE‏ منذ عام ۱۸٠١‏ من تحديد الأوزان الذرية
الدقيقة للعناصر الكيميائية» ووضع نظاما موحدا لتسميتها ولرموزها ما زال مستخدما
حتى يومنا هذا. وترسّخت فكرة الارتباطات القوية بين coul UI‏ وكذلك فكرة
المجزيئات» بالأعمال التي قام بها الفيزيائي الإيطالي أميديو أفوغادرو -١1/9/5(‏
«(A01‏ والكيميائي الإيطالي ستانيسلو كانيزارو (OY ATO‏ إذ أدت
نظرياتهما الى إيجاد وسيلة لتحديد الأوزان والحجوم الجزيئية . وكان ذلك بداية
لنضوج فعلي لعلم الكيمياء؛ وبدأ ترتيب العناصر الكيميائية في أطر ونم محددة
(thde, 196)‏ .

بلغ عدد العناصر المعروفة عام 1874 ثلاثة وستين عنصرا. في ذلك العام» تمكن
ديمتري مندليف 4s V— NAY E)‏ )من تنظيم هذه العناصر ف فى أول جدول دوري.
وتطرّر جدول مندليف إلى الجدول الدوري الحديث الذي تنتظم فيه العناصر للمختلفة
(Van Spronsen,1969)‏ .

0

بعد هذا الاستعراض المختصر لتطور الكيمياء» يُمكن عرض أبرز إنجازات الكيمياء
في القرن العشرين من خلال المجالات الآتية :

-١‏ كشف تركيب الذرة.

؟- الاصطناع الكيميائي وتركيب الجزيئات .

. التفاعل الكيميائي وآلياته‎ -Y

. تطور تكنولوجيات التحليل الكيميائي‎ -٤

0- تعليم الكيمياء .

هذه المجالات ترتبط ببعضها بعضا ارتباطا وثيقا. والتقدم في أي منها يعني
بالضرورة تقدمًا في مجال آخر أو أكثر .

85231 كشف تركيب‎ . Y

(Greenaway,1966; Zimmerman et al.,1995; Simov,1993)

لقد تحقق الكئير في القرن العشرين في هذا المجال نتيجة للتعاون المثمر بين علماء
الفيزياء والكيمياء. a‏ 3-59 كتنف كر كين القن فتمثلت
البدايات الحقيقية في نظرية دالتون AU‏ التي وضعها عام ۱۸۰۳ وشكلّت أساسا
للنظرية الذرية الحديثة .

أدرك العلماء أن الفهم الحقيقي لقوانين الكيمياء يعتمد على معرفة التركيب الفعلي
للذرات . ويتمثل الاختراق الأول الذي تحقق بعد دالتون في اكتشاف جوزيف ثومسون
عام 1۸۹۷ لأحد مكونات الذرة» وهو الإلكترون الذي يحمل شحنة سالبة . ولا كانت
الذرة تحمل شحنة متعادلة» فقد بدأ الفيزيائيون في التساؤل عن الجزء الآخر من الذرة
الذي لا بد أن يحمل شحنة موجبة .

وفي عام ors VASA‏ ماري كوري (Pasachoff,1996)‏ اول بحث لها عن
«الإشعاع المنبعث من اليورانيوم والثوريوم». وكانت أول من ابتكر تعبير «النشاط

ver

أ. د. نزار رباح الريس
الإشعاعي» «Radioactivity‏ ليعبر عن الاشعاع المنبعث من ul‏ نفسها. وكان ذلك
إيذاناً بفتح المجال أمام العلماء في أوائل القرن العشرين لكشف تركيب الذرة. وجاء
إيرنست رذرفورد muc cu YAV3)‏ 2
على شحنة كهربائية موجبة RS‏ 5 55 في نقطة معينة ( إشارة إلى النواة)» ويحيط
بها شحنات كهربائية سالبة في توزيع كروي ( إشارة إلى الإلكترونات). tig‏ بحوث
رذرفورد البداية الحقيقية لفهم تركيب الذرة .

yal‏ سوى عام واحد على ذلك حتی آعلن تیار بور (Y41Y- WD‏ نظريته
الذرية التي تعالج عيوب نظرية رذرفورد؛ فاستحق ستحق عليها وعلى إنجازاته عن ت ركيب
الذرّة جائزة نوبل عام 19377 . وإذا كان أفوغادرو وكانيزارو قد عرفا في القرن التاسع
ute‏ أن الذرات ترتبط مع بعضها بعضا لتكون الجزيئات» فإن الكيفية التي يتحقق بها
هذا الارتباط لم تتضح إلا بعد ظهور نموذج رذرفورد-بور» الذي يستدل منه على أن
الترابط بين الذرات يحدث حينما تتوافر إلكترونات غير متزاوجة في الغلاف أو المدار
الخارجي للذرة. وأصبح بطلق على عدد الإلكترونات في الغلاف المنارجي: HS‏
الذرة t Valence‏ وعلى الترابط بين الإلكترونات: التساهم ‘Covalency‏

إضافة إلى أهميتها القصوى عن تركيب الذرة» أثارت نظرية بور لدى العلماء
الكثير من التساؤلات عما إذا كانت الإلكترونات جَسيّمات أم موجات؟ ولاذا تغير
الإلكترونات مداراتها؟ وما القوى التى تحافظ على تماسك تَوى الذرات» وتحول دون
its‏ البروتونات الموجبة بداخلها؟ وهل تحدوي النواة على جُسيّمات أخرى غير
البروتونات؟ ش

تصدى العلماء للإجابة عن هذه التساؤلات منذ مطلع القرن العشرين. وكان
رذرفورد تنبا بوجود «النيوترونات» في نّواة الذرة عام ۱۹۲۰ من دون أن يستطيع إثبات
ذلك؛ لكن تلميذه جيمس تشادويك SE‏ عام 19127 من إثبات وجود هذه
الجسيّمات» بعد أن أخبرته ماري كوري عن اكتشافها لإشعاع متعادل ذي طاقة عالية
عند قذفها عنصر البريليوم بجسيمات ألفا. وهكذاء أكمل تشادويك موذج التركيب
الأساسي الذي يشتمل على الإلكترونات السالبة» والبروتونات ال Comm‏

vty

والنيوترونات المتعادلة ؛ واستحق على ذلك جائزة نوبل في الفيزياء عام 1974 .

وبقيت الذرة» على elle‏ وصغر حجمهاء مرتعا خصبا للبحث العلمي على مدى
السنين. وتمكن الفيزيائيون من الغوص في خفايا تركيبها. وبدأت تبوح بأسرارها حين
استخدم الباحثون مسارعات الجسيمات . وفي عام 1978 ؛ اكتشف العلماء أن
البروتونات تحدوي على جسيمات أصغر منها أطلق عليها اسم الكواركات» وعددها
ستة؛ كما اكتشفوا جسيمات أخرى عدة . وما زال البحث جاريا عن جسيم خفي يطلق
عليه اسم «بوزون Higgs Boson CA‏ (نسبة إلى الفيزيائي هيغزء الذي تنبأ بوجوده
نظريا»» يمكنه أن يتفاعل مع سائر الجسيمات ليمنحها صفات المادة . ويطلق العالم
ليون ليدرمان على هذا البوزون اسم «الجسيم c ual‏ ويعتقد أن اكتشافه أمر لا بد
منه لفهم وحدة GLI‏ والكون. لکن علماء الفيزياء لم یتمکنو! حتى نهاية العام ۲٠٠١١‏
من العثور على هذا الجسيم ؛ مع أن الأمل ما زال يراودهم في ذلك .

ولم بقتصر الأمر على ذلك؛ إذ إن البحث في تركيب الذرة هو الذي قاد الى
اكتشاف الطاقة الهائلة الكامنة في تواتها. وهذا ما قادالى تفجير هذه الطاقة
واستخدامها في مجالات الحرب والسلمء ودخول العالم فيما يسمى «العصر
النووي»؛ بعد أن توصل العلماء الى تفاعلات الانشطار النووي والاندماج النووي»
وقدرة كل منها على توليد كم هائل من الطاقة» يمكن استخدامها في إعمار العالم أو
تذميره .

Y‏ الاصطناع الكيميائي وتركيب الجزيئات

لا يكتفي الكيميائيون باختبار خصائص المركبات الكيميائية المتوافرة وسلوكها؛
لكنهم يعمدون أيضا إلى اصطناع مركبات جديدة لم تكن معروفة من قبل . والاصطناع
الكيميائي هو قلب الكيمياء النابض وأحد أهم إنجازاتها . ولا شك أن قدرة الكيميائيين
على اصطناع مركبات كيميائية جديدة ومعقدة زادت زيادة هائلة في القرن العشرين .
فحصل الكيميائي الألماني إميل فيشر على جائزة نوبل في الكيمياء عام ١407‏ ؛ اعترافاً

YEA

أ.د.نزار chy‏ الريس
بأهمية ما حققه في مجال اصطناع السكر والبيورين Purine‏ . وتلاه الألماني أدولف
فون باير» الذي حصل على جائزة نوبل في الكيمياء عام $1460 اعترافا بفضله على
الصناعات الكيميائيةء واصطناعه الكثير من الأصباغ العضوية OLS My‏ العطرية
الأروماتية. وفي عام CY A YA‏ تمكن الكيميائي GUY‏ هانس فيشر من اصطناع مادة
الهيمين التي تعطي الدم لونه الأحمر؛ وقد وصفت th‏ نوبل هذا الانجاز بأنه den?‏
عملاق»» ومنحته جائزة نوبل عام ۱۹۳۰ . ویعد عمل فيشر متواضعا إذا قيس با أنجزه
بعد ذلك روبرت ودووردء الذي اصطنع فيتامين 2 وحصل على جائزة نوبل عام
6 ؛ أو إذا قيس بإصطناع البليتكسين 01 الذي يحتوي على VE‏ ذرة
كيرالية» ونهض به يوشيتوكيشي في جامعة هارفرد.

وبفضل الفهم الصحيح لآليات التفاعل الكيميائي وامتثالات المركبات الكيميائية؛
تمكن الباحثون من رسم Lhe‏ دقيقة لاصطناع مركبات جديدة . علاوة على OB AUS‏
توافر عدد هائل من الكواشف Reagents‏ الكيميائية ساعد على تنفيذ الكثير من
التحويرات اللازمة لخدمة عملية الاصطناع .

في بدايات القرن العشرين» كان العاملون في مجال الاصطناع العضوي هم الذين
يقومون بكم هائل من الأعمال المخبرية ويق رأون كما كبيرا من الأدبيات الكيميائية .
لذلك» تجمعت لديهم المعرفة اللازمة لتحقيق أهدافهم ؛ لكنهم لم يكونوا على دراية
كاملة بآليات التفاعلات الكيميائية .

وفي العشرينيّات من القرن العشرين» أرسى روبرت روبنسن وكرستوفر أنغولد
وغيرهما دعائم النظرية الإلكترونية لآليات التفاعلات العضوية (Pauling,1985)‏ «
وسلطوا الضوء على إعادة تنظيم الأزواج الإلكترونية في أثناء انكسار الروابط
الكيميائية وتكونها. لقد شكل التقدم في فهم OLN‏ التفاعلات الكيميائية واحدة من
أهم الثورات العلمية في القرن العشرين . وسمحت هذه النظرية للباحثين بالتنبؤ بمدى
فاعلية مركب عضوي ما تجاه الكثير من الكواشف. وساعد ذلك على قيام الكيميائيين
بالمزيد من المشروعات البحثية والاصطناعات المعقدةء التي لم يكن بالإمكان إجراؤها
قبل وضع هذه النظرية (Epiotis,1982)‏ .

YEA

ومن الإنجازات المهمة التي ساعدت على تقدم الاصطناع العضوي مبادئ
«التحليل «Conformational analysis t, JU AVI‏ التي وضعها ديريك بارتن عام
۰ , بعد دراسته للستيرويدات؛ وبين أن بالإمكان فهم فعاليتهافي ضوء
الامتثالات التي يمكن لحزيئاتها أن تتخذها. وهذا يعني الترتيب الثلاثي الأبعاد للذرات
الذي يمكن تغييره بدوران هذه الذرات حول الروابط الأحادية. واستحق بارتن جائزة
نوبل عام ۱۹14 . وأصبح التحليل الامتثالي أساسيا بالنسبة للعاملين في مجال
اصطناع المركبات الستيرويدية» وانتشر استخدامه في مجالات الكيمياء الحيوية وعلم
الإنزيمات والبيولوجيا الجزيئية؛ حيث يشكّل مفتاحا لفهم طريقة تأثر الإنزهات
بركازاتها Substrates‏ . وكان التحليل الامتثالي أشبه ما يكون بالقنبلة التى فجرت
يعارن جديدة فى سان PRAMS pdt) OLS A plies Of AUS tells‏
الطبيعة تتكون من جزيئات كيرالية ولها كيمياء فراغية. ولم os‏ انطلاقة اصطناع هذه
المركبات إلا بعد فهم الباحئين للتحليل الامتثالي (Lin,1998)‏

وكان للتقدم الموازي الذي حدث في مجال الأدوات المستخدمة في الاصطناع أثر
كبير في رفع قدرة الباحثين على اصطناع الكثير من المركبات العضوية المعقّدة بخطوات
عدة ومتتابعة . لقد توافر كم هائل من المعرفة بأنواع متعددة من التفاعلات والكواشف›
التي أتاحت للباحثين Loti‏ الطريقة Laili‏ لاصطناع الجزيئات وتحويرها. ومن
الأمثلة على ذلك أن deus‏ الديينات والديينوفيلات لم يعترف به طريقة Sle‏ الاصطناع
الحلقات السداسية» إلا بعد نشر بحوث العالمين أوتو ديلز وكورت ألدر في أواخر
العشرينيّات . Lay‏ تفاعل ديلز - ألدر الآن من أكثر الطرق شيوعا لاصطناع المركبات
الحلقية. ومنح هذان العالمان جائزة نوبل عام 115٠‏ .

إضافة إلى هذه الأدوات الكيميائية» بدأ الكيميائيون في استخدام أداة منطقية
لتصميم الاصطناع المطلوب» ووضع استراتيجية لذلك تعتمد على ما يسمى «تحليل
الاصطناع التراجعي». فيبدأ الكيميائيون من الجزئ الهدف» ثم يأخذون في التراجع
Gad‏ المواقع التي يمكن كسرهاء وينتهون بذلك إلى تصميم #شجرة» للخطوات
والمواد البينية؛ مشكّلين مجموعة من BUS‏ الانطلاق نحو الاصطناع . وعلى أساس

Yo:

أ. د . تزار رياح الريس
هذه الاستراتيجية» ظهرت برامج حاسوبية تتبع هذا الأسلوب في التحليل» وتقترح

لقد كان لهذه النجاحات والخبرات التى حققها الكيميائيون أثر فى تحقيق إنجازات
مهمة في مجال الاصطناع . وفيما Sl‏ توضيح لبعض منها :

i‏ اصطناع العقاقير

شكل اصطناع العقاقير ميدانا رحبا للتعاون بين الكيمياء والعلوم الطبية (لاحظ أن
كلمة Lal aS Chemist‏ «صيدلي»). وبدأ الكيميائيون باصطناع العقاقير بشكل
منتظم منذ بدايات القرن العشرين ؛ لكنها كانت محاولات متواضعة تعتمد في معظمها
على اجراء تحويرات على عقاقير طبيعية أو تحسين ما هو معروف منها. ومنذ أواخر
eE‏ الأول من القرن العشرين» بدأت au‏ العقاقير الاصطناعية فى الظهور. ففى
عام (VAY Y‏ سجلت براءة pl paa‏ خاصة بصبغ البرونتوسيل بوصفه عاملاً مضادا
للبكتيريا. وكان ذلك بداية لظهور عائلة عقاقير السلفاء ea‏ أول مجموعة من
المضادات الحيوية الواسعة الاستخدام. OUS‏ ألكسندر فلمنغ اكتشف البنسلين عام
٨۸‏ بالصدفة . لكنه لم يجرب علاجا إلا عام ١144١‏ ؛ ثم أصبح بالإمكان إنتاجه
بكميات تجارية» y‏ وحدد تركيبه الكيميائي. وصنع الكيميائيون كذلك من عائلة
المسكنات البسيطة : الأسبرين بأشكاله المختلفة والباراستيمول (التايلينول)» اللذين
olus‏ أكثر المسكئات مبيعا في العالم . ومن مئات العقاقير المهمة التي أنتجت بعد
ذلك: عقار لازيكس عام 2١95٠١‏ الذي انتشر استخدامه لعلاج ارتفاع ضغط الدم؛
والقاليوم عام VAY‏ ؛ وسيسبلاتين Cisplatin‏ الذي كان أول lie‏ يستخدم في
علاج الأورام السرطانية في الخصية والمبيض والرئة والمثانة ؛ وتاغاميت سميتيدرين عام
SAS CAVE‏ فرط الحموضة في المعدة ولعلاج قرحة المعدة. وفي مجال علاج
c 54 NI‏ اعتّمد بعض العقاقير فى الولايات المتحدة؛ متها i‏ ردو اميد ويي
71 ؛ وداي ديوكسي سايتيدين Dideoxycitidin‏ » ويطلق عيه اختصارا tdde‏
وكذلك داي دیو کسی إينوزين Dideoxyinosine‏ . لکن هذه العقاقير تعانی من عيبين :
مفعولها محدود الأمد؛ ولهاسمية عالية نسبيا (www.dddmag.com)‏ .

Yo!

وشهدت الأعوام الأخيرة من القرن العشرين توافر عقار الشياغراء الذي كان حلما
للملايين ممن يعانون الضعف الجنسي ويحلمون بشباب متجدد .

وإضافة إلى الطرق التقليدية» حدث تطور كبير في مجال صناعة العقاقير على
أساس بنيتها؛ وهي طريقة تعتمد على التركيب الجزيئي للهدف المقصود بهذا العقار في
الجسم . وتمتاز هذه الطريقة بسرعتها وقلة نفقاتها. وتمثلت المحاولة الأولى لاصطناع
عقاقير «سابقة التصميم» في تحضير قواعد البيورين والبريميدين الموجودة في مركب
DNA‏ (بيغ وآخرون» .)۱۹۹١‏ وأدت بحوث غيرترود إليون وزميلها جورج
هيتشينغز في هذا المجال إلى تحضير سلسلة من العقاقير التي أوضحت الفرق في كيفية
ad‏ امكرويات sist‏ السرطان هة ce pal del ca‏ معاون ها يجري USE d‏
العادية . وقد منح هذان الباحثان جائزة نوبل عام 1444 t‏ تقديرا لابتكارهما هذه
الطريقة المنطقية لتصميم العقاقير» تمهيدا لاصطناعها. واليوم يستفيد الكيميائيون:
بفضل الحواسيب» من منجم المعلومات i a dl‏ عن تركيب الإنزهات والمستقبلات
وغيرها من الجزيئات الحيوية؛ ودؤرها. وبذلك» أمكن للكيميائيين أن يصمموا
ا لحزيئات التى تؤدي أغراضا عدة؛ ما يجعلها أكثر فعالية وجودة وأقل سمية من الأدوية
الثى تُكتشف بطرق أخرى. ذلك أن العقار الذي يظل مرتبطا بهدفه يكن تناوله
بكميات أصغر؛ مقارنة بالأنواع الأخرى من العقاقير التقليدية» التي تنفصل عن هدفها
بسرعة أكبر . علاوة على ذلك» فإن هذا العقار المصمم ليوائم موضعا معينا في أحد
البروتينات لا يتفاعل مع أي جزئ آخر؛ ما يقلل من آثاره الجانبية غير المرغوب فيها.
وقد جحت هذه الطريقة التي تعتمد على استخدام البرامج الحاسوبية في إنتاج الكثير
من العقاقير الواعدة؛ وهي الآن موضع التجريب السريري. ومن بينها: عقاقير لعلاج
الإيدز» وفرط ضغط العين (الغلوكوما)ء وبعض أنواع السرطان؛ ولتقليل تلط
الدم.

وفي تطور مهم لصناعة العقاقير» ظهرت طريقة جديدة سميت «الكيمياء التوافيقية»
LA + (Plunkett,1997; Borman, 1999) Combinatorial Chemistry‏ بها عدد
كبير من المركبات المتقاربة التركيب؛ ثم يجري مسح هذه المجموعة لانتقاء المركبات
ذات القيمة العلاجية المحتملة . وتتميز هذه الطريقة بسرعتها وقلة كلفتها؛ plas‏ الطرق

YoY

أ.د. نزار رياح الريس

التقليدية» التي كانت تستغرق أعواماً عدة وتكلف ملايين الدولارات لإنتاج عقار
جديد . ويقوم الكيميائيون بعمل التجمعات التوافيقية أو الروابد cS AJ Libraries‏
المنوي اختبارها. وهم يعتمدون في سبيل ذلك على تكنولوجيتين توافيقيتين:
أولاهماء س «الاصطناع المتوازي؛ «Parallel synthesis‏ وقد استخدمت فيها
الروابيط (جمع رابوط (Robot‏ لزيد من الدقة في العمل . وأصبحت بذلك طريقة
مؤتمتة» يمكن للرابوط الواحد فيها إنتاج ٠٠٠١‏ مركب في اليوم. وتسمى التكنولوجيا
الشانية «اصطناع الفصل والخلط». وهذه ابتكرت في أواخر الشمانيتيات من القرن
العشرين ؛ وهي تختلف عن سابقتها في أنها تنتج خليطا من المركبات المتقارية في الإناء
نفسه . وثمة وسائل عملية لفصل المركبات المتقاربة واختبارها.

وعلاوة على ما حققته الكيمياء التوافيقية من ماحات في مجال صناعة العقاقير»
فإنها بدأت أيضا في التأثير على حقول أخرى؛ منها: علم cal dM‏ حيث استخدمت
الكيمياء التوافيقية في صناعة الموصلات الفائقة ؛ وحقل البلورات ALL‏ إضافة إلى
تصنيع أنواع خاصة من البطاريات؛ وغير ذلك ما يطمح العلماء الى إنتاجه بسرعة
كبيرة وكلفة قليلة . وما زالت الأمور في بداياتها.

ب الميلمرات الاصطناعية Synthetic Polymers‏

عرف الكيمسائيون بعض المبلمرات الاصطناعية مدذ بداية القرن العشرين
c(CFlory,1953)‏ وتمكنوا من إنتاج بعض المبلمرات الطبيعية المحورة؛ مثل: ريون
الفسكوز» وأسيتات السليلوز. ورغم قدرتهم على إنتاج هذه المبلمرات» إلا أنهم لم
يكونوا على علم بطبيعة تركيبها. وكان المفهوم السائد في بداية القرن العشرين أن هذه
col poll‏ تجمعات من جزيئات صغيرة ترتبط فيما بينها بقرى ضعيفة . لكن الثورة
الأولى في بجال المبلمرات تحققت على يد هيرمان شتاودنغر» الذي ابتكر مصطلح
«الجزيئات العملاقة؛ Macromolecules‏ عام 21977 وقوبلت أفكاره آنذاك
بالرفض . بيد أن البحث في تركيب هذه الجزيئات أثبت صحة نظريته بأن هذه الجزيئات
تشتمل على آلاف الذزات» التي ترتبط فيما بينها بروابط متمائلة؛ تماما كما هو JUH‏
في الجزيئات الصغيرة. وقد منح شتاودنغر جائزة نوبل عام ١9817‏ ؛ اعترافا بأهمية

yor

ee eng
إنجازه. وهكذا فتحت أفكاره المجال أمام الباحثين لتحضير نوع جديد من المواد‎
الاصطناعية؛ فتمكن ولاس كاروترز من تحضير عائلة كاملة من المبلمرات» هي أنواع‎
النايلون المختلفة » بتكاثف جزيئات عضوية صغيرة . وتشكل هذه المبلمرات جزءا مهما‎
. من الألياف الاصطناعية المستخدمة في صناعة النسيج‎

Ul‏ القفزة الثانية في مجال كيمياء المبلمرات» فجاءت على يد كارل EARI‏ الذي
ابتكر وسيطا أدى استخدامه الى إنتاج نوع ممتاز من البولي إيثيلين عند درجة حرارة
وضغط منخفضين؛ خلافالما كان سائدا آنذاك في إنتاج هذه المادة. بعد ذلك » قامت
الوسائط الكيميائية بدور «حجر الفلاسفة)» الذي كان الكيميائيون القدامى يبحثون
عنه؛ وأمكن بها تحقيق تقدم هائل في مجال المبلمرات .

واستطاع العالم غيليو ناتا-باستخدام وسيط زيغلر ‏ تحضير نوع متاز من
البولييروبيلين «المنتظم فراغيا) Stereoregular‏ . وكان ذلك فاتحة لتحضير مبلمرات
أخرى بمواصفات فراغية محددة. لقد كان لإنجازات زيغلر وناتا أثر كبير في فتح الباب
على مصراعيه أمام الباحثين لتحضير مئات المبلمرات الجديدة ذات الاستخدامات
الصناعية الفريدة . وكان ذلك مسوغاً لمنح هذين العالمين جائزة نوبل عام VW‏

وجاءت القفزة التالية في هذا المجال باستخدام «آلات جزيئية» جديدة تتمثل في
وسائط الميتالوسين» التي اصطنعت عام 1107 . وهي جزيئات عضوية فلزية تحتوي
على ذرة تيتانيوم أو زركونيوم» وترتبط ذرة الفلز بحلقتين خماسيتين؛ إضافة إلى
مجموعتين عضويتين أخريين» وتحيط جميعها بذرة الفلز فيما يشبه صدفة محار نصف
مفتوحة. وتوجد أشكال مختلفة من هذا الوسيط مستخدمة في الصناعة لإنتاج
coge JI‏ الذي يفوق في نوعيته مغيله المنتج باستخدام وسيط زيغلر. علاوة على
ذلك تمكن جون إيوين في أواخر الثمانينيّات وأوائل التسعينيات من القرن العشرين
من eil‏ البوليبروبلين بشكليّه الفراغيين» pest‏ الترتيب Isotactio‏ والمتناوب
الترتيب ¢Syndiotactic‏ وهما من أنواع البلاستيك ذات الاستخدامات المتعددة.
ويمكن القول إن الأشكال المختلفة لوسائط المي تالوسين ساعدت على COA‏
الكثير من أنواع البلاستيك» وبعثت الحياة من جديد في صناعة المبلمرات
(Ewen,1997)‏ .

أ. د. نزار رباح الريس

يقد اصطناع «المبلمرات الموصلة» Conductive polymers‏ إنجازاً هائلاً استحق
عليه أصحابهء وهم «Heeger, McDiarmid and Shirakawa‏ جائزة نوبل لعام
n‏ وتتلخص أهمية هذا الاصطناع في أن اللدائن» خلافاً للفلزات» لا تستطيع
إيصال الكهرباء؛ بل هي عازلة لها . لكن المبلمرات الموصلة لها تركيب كيميائي معين
يسمح بتوصيل الكهرباء؛ فبدأ بذلك ae‏ جديد لاستخدامات هذه اللدائن في مجال
أفلام التصوير» والشبابيك الذكية (التي لا تسمح بنفاذ أشعة الشمس». والخلايا
الشمسيةء وغيرها. كما أن لهذا الكشف صلة وثيقة بصناعة الإلكترونيات الجحزيئية التي
تتطور بسرعة هائلة تقود حالياً إلى إنتاج أجهزة إلكترونية لامتناهية الصغر؛ بحيث
يصبح حجم الحاسوب المحمول كحجم ساعة اليد.

Synthetic Zeolites الزيوليتات الاصطناعية‎ u

اكتشفت الزيوليتات الطبيعية أو المعدنية في القرن الثامن phe‏ واستخدمت في
الادمصاص الانتقائي للمركبات الكيميائية . لكن القرن العشرين شهد اصطناع أول
مجموعة من المواد غير العضوية؛ وهي الزيوليتات الاصطناعية» التي أثبتت أهميتها
في الكثير من الصناعات الكيميائية؛ نظرا لتركيبها البلوري واحتوائها على قنوات
مجهرية (ميكروية).

ففي عام 21948 تمكن رتشارد بارر R. Barrer‏ من اصطناع أول مثيل للزيوليت
الطبيعي» واستخدم في اصطناعه درجة حرارة وضغطاً مرتفعين ؛ مقلّدا الظروف
الطبيعية التي يتكون فيها الزيوليت الطبيعي. وفي أواخر الأربعينيّات والخمسيئيات»
أنتجت سلسلة من الزيوليتات الاصطناعية تحت ظروف معتدلة .

ويوجد الكثير من أنواع الزيوليتات التي تستخدم وسائط في التفاعلات الكيميائية؛
وفي عمليات التجفيف» وفصل المواد الكيميائية عن بعضها Can‏ عن طريق
دشا i‏ أو مواد تبادل أيوني . من هناء أطلق على هذا النوع الأخير اسم المصافي
الجزيئية. على سبيل SUUM‏ تستخدم وسائط الزيوليت في عمليات تكسير البترول»
لإنتاج البنزين ووقود الطائرات النفاثة . ومن أنواع الزيوليت التي اصطنعت » تلك التي

Yoo

سميت المصافي الجزيئية المتوسطة الحجرات Mesoporous‏ ويمكنها فصل ly Al‏
الكيميائية الكبيرة» التي يصعب فصلها بالأنواع التقليدية من الزيوليت. وقد بدا
استخدام الزيوليتات في تحضير مساحيق المنظفات Sas‏ لمركبات الفسفات التي منع
استخدامها فى الكثير من الدول الصناعية» لا لها من تأثير ملوث للأنهار والبحيرات
AJ —" al.,1994)‏

على صعيد آخرء يعمل باحثون على استخدام الزيوليت في مجال تخزين الطاقة.
وهم يعتمدون في توجههم على أن عملية البناء الضوئسي هي أساس الحياة على
الأرض؛ إذ يتحول فيها غاز ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء إلى سكريات بمساعدة
ضوء الشمس . Gigs‏ الباحثون إلى تطوير تجمعات Assemblies‏ لها القدرة على
الاصطناع الضوئي» باستخدامها أشعة الشمس لتوليد مركبات وعناصر كيميائية
مفيدة؛ ومن ذلك توليد الهيدروجين والأكسجين من الماء. ويستخدم الزيوليت لهذا
الغرض بعد تزويده بمواد حساسة, ومواد أخرى مستقبلة للإلكترونات .

علاوة على ذلك» يعمل الباحثون على استخدام الزيوليت لإنتاج مجسات
5 لدرجات ay} Al‏ العالية أو للبيئات الصعبة؛ إذ يكن استخدامها فى تعرف
انبعاثات الغازات العادمة من السيارات» أو في عمليات التحكم في SES‏
الصناعية . ويستخدم العلماء الزيوليت في البحث عن السبب في أن بعض الألياف غير
العضوية e‏ مثل الأسبست» تسبب السرطان؛ في حين أن أليافا أخرى» كألياف الزجاج
مثلاء لا تشكل درجة الخطورة نفسها.

د اصطناع الموصلات الفائقة Superconductors‏ والفوليرينات Fullerenes‏

جرى في أواخر SLAM!‏ اصطناع نوعين جديدين من المواد الكيميائية ؛ هي :
الموصلات الفائقة» والفوليرينات . فقد اكتشفت ظاهرة الموصلية الفائقة (وهي القدرة
على توصيل الكهرباء من دون مقاومة تقريبا) عام ١91١‏ عند تبريد الزئبق في الهيليوم؟
السائل. ومنذ ذلك التاريخ وحتى منتصف الثمانينيات» بحث العلماء بين السبائك
المختلفة عن مواد فائقة التوصيل عند درجات حرارة معقولة وعملية. وجاء أول

Yol

أ.د. نزار رياح ox!‏
اختراق في هذا المجال من مختبرات IBM‏ في زيوريخ بسويسرا عام £YAAT‏ حين
أعلن الباحثون عن اكتشافهم أن سبيكة من أكسيد اللانثانوم والقصدير المشوبة بالباريوم
تصبح فائقة التوصيل عند درجة حرارة انتقالية تبلغ 0 Y‏ درجة كلقن . وتحقق تقدم كبير
في هذا المجال الصناعي المهم» الذي يكن أن يوفر كما هائلا من الطاقة. لكن هذه
التكنولوجيا ما زالت بالغة الكلفة؛ ما يحول دون استخدامها على نطاق واسع .

وقد حقق علماء اصطناع المواد اختراقا مهما في أواخر القرن العشرين؛ حين
اكتشفوا أكسيد النحاس الخزفي عام ١1۹۸ء‏ الذي أثبت أفضليته على السبائك الفلزية
الفائقة التوصيل . ودلت البحوث التي أجريت على هذه المادة الخزفية على Ul‏ بداية
الطريق للوصول الى مواد فائقة التوصيل عند درجات حرارة عادية (Charles et al.,‏
)1996 . |

Ul‏ بالنسبة للفوليرينات» فقد اكتشف ريتشارد سمالي وآخرون عام ۱۹۸٩‏ شكلاً
جديداً من الكربون أدهش المجتمع العلمي» وحصلوا به على جائزة نوبل عام 1945 .
ومن المعلوم أن الكربون يدخل في تركيب عدد هائل من المركبات العضوية؛ لكنه
يوجد بشكل نقي على صورتين» هما: الغرافيت» الذي يتكون من صحائف كربونية
ثنائية الأبعاد ؛ والألماس» الذي يتكون من شبكة كربونية ثلاثية الأبعاد. وخلافا لهذين
النوعيّن» فإن كل جزئ من النوع الجديد يحتوي ue‏ ذرة كربون مرتبطة ببعضها
بعضا على شكل كرة القدم. وقد أطلق عليه اسم ابكمنستر 43 Buckminster €: -J‏
‘fullerene‏ تيمنا باسم المهندس والفيلسوف الشهير بكمنستر فولرء الذي ابتكر XA‏
المثلثية (الخيوديسية) (Dresselhaus et al.,1996)‏ .

وفي عام )6144 ابتكرت أنابيب كربونية يُتوقّع لها شأن عظيم واستخدامات
باهرة؛ إذ يمكن أن e‏ منها ألياف ذات متانة لم يعرفها الإنسان من قبل. وقد
استخدمت في تغليف أسلاك فلزيّة يقل قطرها عن قطر جزئ الدنا «DNA‏ وأمكن
إنتاج هذه الأنابيب النانوية بقطر لا يتعدى 0 ,* نانومتر من مشتقات الغلوكوز؛ كما
أنتتجت أنابيب نانوية أخرى من الحموض الأمينية والببتيدات» التي يمكن استخدامها
قنوات Un pe‏ لتمر منها الجزيئات عبر الخلايا ا لحية . ويعتقد العلماء أن هذه الأنابيب

Yov

النانوية سيكون لها استخدامات مدهشة في مجال التكنولوجيا النانوية أو الجزيئية؛ إذ
يمكن تصميم جزيئات يمكنها أن تكون تراكيب ذاتية البناء لتناسب استخدامات محددة
(Schnu, 1993)‏ . وإذا كان العالم قد شهد ولادة التكنولوجيا النانوية مع نهاية القرن
العشرين» فإن القرن الحادي والعشرين قد يشهد ثورة معرفية في هذا المجال يكون لها
تأثير كبير على حياة الإنسان من جوانبها المختلفة (Crendal,1997)‏ . [انظر فصل
«تكنولوجيا النانو» في هذا المجلد . (المحرر)]

ه ‏ اصطناع polis‏ جديدة

تقتصر جهود العلماء على اصطناع مواد جديدة؛ بل تعدت

ذلك إلى استحداث عناصر كيميائية جديدة لا مثيل لهافي الطبيعة
.(Ambruster et al., 1998)‏ ذلك أن الجدول الدوري للعناصر كان يحتوي حتى عام
٠‏ على 47 عنصرا متوافرا في الطبيعة آخرها اليورانيوم CAV)‏ وفي ذلك العام
تمكن الباحئون في جامعة كاليفورنيا من اصطناع أول عنصر بعد اليورانيوم» أطلقوا
عليه اسم نبتونيوم» ليكون العنصر رقم ga. (AY)‏ ذلك اعتماداً على فرضية وضعها
عالم الفيزياء فيرمي» تقول: e]‏ يكن اصطناع عناصر جديدة عن طريق صدم نواة
عنصر ثقيل بجسيمات غير مشحونة هي النيوترونات؛ إذ يكن لواحد من هذه
النيوترونات أن يخترق النواة ويبقى حبيسا فيهاء ثم يتحول إلى بروتون ليزيد بذلك
عدد البروتونات في النواة» ويرتفع عددها الذري» ويتكون عنصر جديد. وفي
الأربعيئيات والأفمسينيات من القرن العشرين» توالت عمليات اصطناع عناصر
جديدة» وتمكن الباحثون في مختبر لورنس بيركلي من اصطناع سلسلة من العناصر؛
بدءا بالبلوتونيوم CAE)‏ وانتهاء بالفيرميوم OD‏

ولم يتمكن العلماء من اصطناع ole‏ جديدة أخرى على أساس فرضية فيرمي ؛
فبحثوا عن وسيلة جديدة. وقد وجدوها في دمج PIP‏ عنصرين للحصول على عنصر
ثالث. وكانت أولى البشائر اصطناع عنصر المندليشيوم .)۱١١(‏ ومع حلول عام
١» 4‏ كانوا اصطنعوا بهذه التكنولوجيا العناصر: نوبليوم OY)‏ ولورنسيوم
(Or Deus loy (OY)‏ ودوبنیوم CNO)‏ وسيبورغيوم VOW‏

TOA

آ. د. نزار رياح الرس

مرة أخرى لم يتمكن العلماء من اصطناع عناص أخرى غير هذه عن طريق دمج
نواتي عنصرين» إحداهما خفيفة والأخرى ثقيلة ؛ وكان لا بد من البحث عن طريقة
جديدة . وفي بداية الشمانينيّات؛ اكتشف العلماء الألمان طريقة الاندماج البارد» وتمكنوا
باستخدامها من تحضير العناصر بوريوم OVW‏ وهاسيوم CVA)‏ ومايتنيريوم
(۱۰۹). وفي أواخر عام VANE‏ حضروا العناصر 4010 4Y04‏ و(1١١).‏
ومنذ عام (YA E‏ أضافت مجموعات البحث في كل من ألمانيا والولايات المتحدة
وروسيا ستة عناصر جديدة الى الجدول الدوري؛ وبلغ العدد الذري لأكبرها وآخرها
.)١1١14(‏ وكان أهمها وأكثرها GLS‏ العنصر CC VE)‏ الذي أثبت وجود «جزيرة الثبات»
التي طالما حلم بها الكيميائيون والفيزيائيون )2000 (Oganessian et al.,‏ . والسؤال
الذي يبقى مطروحا: إلى متى يستمر الباحلون في تحضير pole‏ جديدة لا يوجد لها
نظير في الطبيعة ؟ وما الاستخدامات التي تنتظر هذه العناصر التي لم يعرفها الإنسان
من قبل

و اصطناع الأسلحة الكيميائية

بدأ التاريخ الحديث لاستخدام الأسلحة الكيميائية مع الحرب العالمية الأولى ؛ حين
استخدم الفرنسيون في حربهم ضد الألمان قنابل مليئة بمادة مثيرة للعيون ومدمعة» هي
بروم إستر الخل . وفي عام ١٠1۹ء‏ رد الجيش الألماني باستخدام قنابل غاز الكلور» بناء
على مشورة قدمها أستاذ الكيمياء الألماني الشهير هابر لقيادة الجيش UY!‏ . وبعد
شهور قليلة» استخام الجيش الألماني في هجوم على القوات البريطانية غاز
الفوسجين؛ وهو غاز شديد السمية» يصعب اكتشافه وتعرف وجوده. وبعدهاء ابتكر
الكيميائيون الخردل أو الإيبرايت» الذي استخدمه الألمان في الحرب ele‏ ۱۹۱۷ .

ومنذ نهاية الحرب العالمية الأولى» بدأ سباق محموم بين الدول لتحضير الأسلحة
الكيميائية . وظهر منها أنواع مختلفة؛ مثل : cL UI, « Fog agents coL. all‏
CENT «Tear gases lal, «Fire agents‏ الأنف والحلق› ومهيجات الجلد»
وسموم LAH‏ والدم . ونشط الباحثون في الولايات المتحدة في هذا المجال» وبلغ
نشاطهم ذروته في أثناء الحرب العالية الثانية. وأرادوا أن يحضروا ما أسموه «السلاح

۵۹

الحاسم»ء الذي يبيد النبات والإنسان والحيوان. وأعلنوا عام VAE E‏ أنهم تمكنوا من
إنتاج «سلاح المستقبل»ء الذي وصفوه «بأنه شديد السمية» ويمكن تحضيره بكميات
كبيرة وتخزينه لمدة طويلة من دون أن يفقد فعاليته. وبأن له مفعولا سريعاء ولا يتأثر
بالأحوال الحوية المختلفة». وعرف هذا السلاح باسم «السم البرتقالي»ء ويحتوي على
واحدة أو أكثر من الزمر الكيميائية القاتلة الممثلة بمشتقات «الديو كسين» .

علاوة على ذلك» اصطّنعت مركبات أخرى عرفت باسم سموم الأعصاب» من
أشهرها: تابون «Tabun‏ وسارين «Sarin GB‏ وسومان «Soman GD‏ وفي إكس
.VX‏ وتعتمد ألية مفعول هذه السموم على قابليتها للذوبان في الزيوت والدهون؛ ما
يسهل امتصاصها عبر الجلد والأغشية المخاطية في الأنف أو العيون. ومن الناحية
الكيميائية» فإن سموم الأعصاب هي مركبات عضوية فسفورية تتميز بسميتها العالية؛
بحيث يكفي ملي غرام واحد منها لقتل الإنسان AA Cus JD‏

ز- مولد الكيمياء الحيوية

إذا كانت العلاقة بين الفيزياء والكيمياء أدت الى الفهم الصحيح للترابط الكيميائي
OUT,‏ التفاعلات المختلفة» إضافة إلى كشف تركيب الذرة» فإن لقاء الكيمياء بعلوم
الحياة كان من أكثر المجالات خصبا وعطاء في القرن العشرين . لقد كان برزيليوس أول
كيميائي تنبأ بأهمية هذه العلاقة ؛ حين عبر عن ذلك في رسالة الى ملك السويد عام
VAN‏ قائلا: «إن الكيمياء هي أكثر علم سيساهم في فهم علوم MALL‏

وحصل إدوارد E. Buchner p> p‏ على جائزة نوبل لعام ۱۹۰۷ ؛ تقديراً لتجاربه
على تخمر السكر وتكسره إلى الكحول وثنائي أكسيد الكربون» بغياب الخميرة وبفعل
الإنزهات . وعدّت هذه النتائج إعلاناً بمولد «الكيمياء الحيوية. .

وتعرف الكيميائيون على الهرمونات كمنظمات كيميائية للعمليات الحيوية في جسم
الإنسان. وكان من هذه الهرمونات: السكريتين» والإنسولينء والأدرينالين»
والتايروسين» وهرمونات الجنس» وغيرها. وتبين للكيميائيين أن هذه الهرمونات في
معظمها مركبات من عائلتي البيتيدات والستيرولات . ومع ظهور «القفاءات النظيرية»

n.

أ.د. نزار رياح الرئيس
Isotopic tracers‏ في أواخر الثلاثينيات» حدث تقدم كبير في مجال الكيمياء الحيوية ؛
حيث استخدمت النظائر في تتبع الكثير من التفاعلات الحيوية» وعمليات الأيض .
واهتم الكيميائيون كذلك بالإنزيمات ؛ وهي بروتينات لها تركيب كيميائي نوعي يؤهلها
لحفز الكثير من التفاعلات الحيوية .

ومع تقدم المعرفة في هذا المجال» أصبح بإمكان الكيميائيين دراسة نظم جزيئية
معقدة شبيهة بتلك المتوافرة في الكائنات الحية . وفي الوقت نفسه» بدأ علماء الحياة
الغوص في النظم الحية الى مستوى التآثر Interaction‏ بين الجزيئات. وكانت حصيلة
ذلك A y‏ ما يسمى OY!‏ «البيولوجيا الجزيئية» Molecular biology‏ أو «الكيمياء
الحيوية»» كما يطلق عليها بعض الكيميائيين (Albert et al.,1995)‏

وكما أسلفناء» فقد أعلن شتاودنغر عام ۱۹۲۰ أن بإمكان الجزيئات أن تكون سلاسل
طويلة أطلق عليها اسم الجزيئات العملاقة. وذهب بعض مؤرخي الكيمياء إلى اعتبار
اقتراح شتاودنغر أهم مفهوم كيميائي ظهر في القرن الحشرين» لأنه وضع الأساس
النظري لكل من علم المبلمرات والتكنولوجيا الحيوية» ولأن ما يقرب من BEING‏
اهتمامنا من المواد يتكون من جزيئات عملاقة . وفي منتصف الثلاثينيات» تمكن عالم
كيمياء سويدي من تنقية الكثير من البروتينات» وأثبت أنها جزيئات عملاقة لها أوزان
جزيئية تناهز 17٠١١‏ لبروتين الميوغلوبين» وما يقرب من سيعة ملايين في جزيء
الهيموسيانين الموجود في الحلزون. ونشط البحث في مجال الجزيئات الحيوية
العملاقة . وتحقق إنجاز مهم في الخمسينيات؛ حين تمكن عالمان في جامعة كيمبردج من
التوصل إلى تركيب أحد البروتينات باستخدام الأشعة السينية . ونشط الكثيرون من
العلماء في مجال فصل الجزيئات الحيوية وتحديد تركيبها. ومع حلول عام VAT‏
كانوا توصلوا إلى بلورة MI ۷١‏

GAN يتعلق باكتشاف تركيب جزئ‎ » ١1987 غاية في الأهمية أعلن عام‎ ts sd
على يد العالين جيمس واطسون وفرانسيس كريكء اللذين اكتشفا أن هذا الجرئ له‎
هذا الاكتشاف أحد أهم الإنجازات العلمية في القرن‎ Lady . تركيب لولبي مزدوج‎
العشرين» وشكل حلقة وصل بين الكيمياء وعلوم الحياة. وافترض هذا النموذج أن‎

YM

الجينات ما هي إلا وحدات كيميائية يمكن فهمها وتحليلهاء وربا تغييرهاء باستخدام
الوسائل الكيميائية .

كان لهذا الكشف أثر كبير على نشاط الباحثين في الخمسينيات والستينيات؛ إذ
فصلوا الإنزيمات التي تتحكم في أيض الدنا» وحددوا تتابع الحموض الأمينية في
البروتينات التي تتميز بشيفرات وراثية لها طبيعة كلية وشاملة. ومن بين هذه
الإنزيمات : الإنزيم المقطع uA Restriction enzyme‏ في عمله» الذي يقطع
سلسلة الدنا في مواقع محددة. واستخدم هذا الإنزيم منذ عام ۱۹۷١‏ في كسر جزيئات
الدنا العملاقة الى أجزاء محددة لدراسة تركيبها. وأمكن استخدامه وإنزيم آخرء هو
e y]‏ الربط «Ligase‏ لونتاج الدنا ا مأشوب (المعاد التركيب) «Recombinant DNA‏
الذي أثبت أهميته الكبرى في مجال هندسة الجينات . ومنذ عام ١۱۹۷ء‏ أخذت
تؤسس بأعداد كبيرة الشركات المختصة في هذا المجال. وفي هذه الأثناء» كان الباحثون
يطورون طرقا أسرع لتحديد التتابع ؛ ومن ثم اصطناع الجزيئات الحيوية العملاقة.
وكانت البدايات الأولى عام ۱۹٤١‏ ؛ حين ابتكر فريدريك سنغر (جامعة كيمبردج)
طريقة جديدة لدراسة تركيب الجزيئات الحيوية» وتمكن باستخدامها من تحديد تركيب
الإنسولين عام ٠١١١‏ . وتوافرت بعد ذلك الطرق الآلية لدراسة تركيب الجزيئات
الحيوية العملاقة. وأدى دخول استخدام الحاسوب في هذه الطرق في الستينيات
والسبعينيات الى قفزة نوعية في تطورهاء واستمر ذلك في الثمانينيات؛ ما أدى إلى
وضع برنامج o gab‏ عام ۱۹۹١‏ أطلق عليه اسم مشروع الجينوم البشري» بهدف تعرف
تتابع ثلاثة بلايين قاعدة نتروجينية في دنا الإنسان وترتيبها. ويشارك في هذا المشروع
مؤسسات حكومية وخاصة من 5١‏ بلداء ويكلف ثلاثة بلايين دولار تقريبا.

LG,‏ إنجازات مايكل سميث» الذي حصل على جائزة نوبل في الكيمياء عام
۴ » من أهم الأمثلة على إنجازات الكيمياء في cil dle de‏ خاصة هندسة
الجينات؛ إذ يعد هذا العالم الأب الحقيقي لتكنولوجيا «تغيير النشأة بتوجيه الموقع»
«Site-directed mutagenesis (Moskovits,1995a)‏ التي أدت إلى ظهسور حقل
جديد من هندسة البروتينات. وتسمح هذه التكنولوجيا بتغيير ترتيب الجينات بشكل

1Y

أ. د. نزار رباح ox)!‏
محدد في مناطق معينة من الدنا ela‏ النويدات القليلة الحدود الاصطناعية
‘Oligonucleotides‏ وهي أجزاء من الدنا اصطناعية قصيرة. وتسمح هذه
التكنولوجيا أيضا للباحثين باختبار الدور النوعي للحموض الأمينية في البروتينات.

لقد أتاحت هذه التكنولوجيا مدخلا جديدا لدراسة العلاقة بين تركيب اليروتينات
والدور الذي تقوم به. فعن طريق الطفرة الجينية» أصبح بالإمكان تغيير أي حَمض
أميني في البروتين لتعرف الدور الذي يقوم به في نشاط البروتين الحيوي . وهي تسمح
بفهم أفضل لكيفية عمل النظم الحيوية. ويمكن استخدام هذه الطريقة لتحسين
oe py!‏ وجعلها أكثر ثباتا؛ أو حتى لتصميم هندسة پروتينات جديدة بخصائص
ووظائف معينة .

وباختصارء فتحت أعمال سميث الباب واسعا لإمكانية تقطيع جزيئات الدنا
لأجزاء صغيرة؛ ثم إعادة ربط هذه الأجزاء مع بعضها بعضا بطريقة معينة» لينتج عنها
دنا جديد يحمل خصائص وراثية مختلفة GU‏ عن الأصل» ويتكاثر في الخلية ليتتج
USUS‏ جديذ! بصفات جديدة .

or‏ التفاعل الكيميائي وآلياته

إذا كان الاصطناع هو قلب الكيمياء» فإن التفاعل الكيميائي هو الروح التي تبعث
فيها الحياة» وتميزها عن سائر العلوم الأخرى» وتفتح لها كل يوم آفاقا جديدة. ويمكن
القول: إنه في مطلع القرن العشرين» لم يكن أحد قد توصل الى فهم الكيفية التي
تترابط بها الذرات في الجزيئات . ومن الجدير بالذكر أن مجال الروابط الكيميائية هو
من أكثر المجالات التي تلاحمت فيها الكيمياء والفيزياءء نظرا للطبيعة النظرية التي
يكن بها تفسير ارتباط الذرات بعضها ببعض . فالنظريات التي وضعها بعض
الفيزيائيين في هذا المجال فتحت الباب واسعا أمام فهم طبيعة الرابطة الكيميائية في
الجزيئات. ففي عام ١1١5‏ »> وضع عالم الفيزياء ومسون واحدة من أوائل نظريات
التكافؤ التي تعتمد على الإلكترونات؛ وهي الجسيمات التي كان اكتشفها قبل أعوام

vw

قليلة . وفي عام »١197‏ نشر عالم الكيمياء الأمريكي غيلبرت لويس LLS‏ بعنوان
«التكافؤ وتركيب الذرات والجزيئات»: أوضح فيه أفكاره حول الترابط ؛ ومؤداها أن
الرابطة الأحادية التساهمية تتكون من زوج من الإلكترونات. وألقت هذه النظرية
الضوء على وجود نوعين من الروابط التساهمية؛ هما: الرابطة التساهمية القطبية وغير
inhali‏ تبعا لنوع الذرتين المرتبطتين . لكن هذه النظرية لم تكن قادرة على الإجابة عن
جميع التساؤلات في هذا الصدد. وفي هذه الفترة» كان الفيزيائيون منشغلين بتطوير
نظرية الكم» التي بدأ ماكس پلانك التفكير فيهامنذ عام VA‏ ويلاحظ أن
الكيميائيين في ذلك الوقت لم يفكروا في موضوع «الكم» ولم يأخذوه في الحسبان؛
لكن بعد ربع قرن من ذلك التاريخ لم يكن بإمكانهم تجاوز هذه النظرية أو إهمالها.
وفي عام 1975 » أعلن byl‏ شرودنغر معادلته حول ذرة الهيدروجين» التي يتعامل
فيها مع الإلكترونات على أن لها خصائص الموجات؛ SU‏ بذلك التفكير العلمي من
المدارات الإلكترونية إلى الحالة الموجية للإلكترون. ولا جدال أن نظرية الكم وتطورات
ميكانيكا الكم غيرت المفاهيم في المسائل الكيميائية» وأصبح بالإمكان تفسير النتائج
التجريبية التي كان فهمها عصيا صعبا؛ مثل : الأطياف» والتفاعلات الضوئية (Szabo‏
.et al., 1996)‏

وفى ظل هذه الأجواء العلمية المتقدمة» ولد تفسيران متنافسان ومتكاملان لطبيعة
ae jl‏ الكيميائية» هما: نظرية رابطة التكافؤ «Valence bond theory (VB)‏
والنظرية المدارية 2.4544 Molecular orbital theory (MO)‏ . وتعد هاتان النظريتان
أول معالحة ميكانيكية كمومية للنظم الكيميائية .

ولدت فكرة نظرية رابطة التكافؤ عام ۱۹۲۷ على يد شرودنغر وتلامذته في جامعة
زيوريخ ؛ حين نشروا معادلة موجية ts jt‏ الهيدروجين» أمكن بواسطتها حساب القيم
التقريبية لجهد التأين» وحرارة التفكك» وغيرهما من الشوابت. ووجد أن هذه القيم
قريبة من تلك التي يمكن الحصول عليها بالطرق الكيميائية والفيزيائية . ودفعت هذه
الأفكار العالم الكيميائي لينوس بولنغ إلى تطبيق هذه النظرية على جزيئات أكثر تعقيدا
من الهيدروجين . واستخدم مفهوم رابطة التكافؤ لحل مشكلة تكافؤ ذرة الكربون عن

YA

آ. د. نزار رباح الريّس
طريق التهجين؛ إذ فشل كل من مفهوم بور حول تركيب الذرة ونظرية لويس لتركيب
الروابط الكيميائية في حل هذه المشكلة . وقد وضع بولنغ عددا من القوانين البسيطة
حول الرابطة المتكونة من زوج الإلكترونات في بحئه الشهير «طبيعة الرابطة
الكيميائية». كما أدخل مفهوم الرنين لشرح تركيب حلقة البنزين . وهكذاء عوجت
الروابط عن طريق ميكانيكا الكم .

ولم يلبث أن ظهر منافس جديد لنظرية التكافؤ؛ متمثلا في النظرية المدارية الجزيئيةء
التي وضعها الفيزيائيان فريدريك هند وروبرت مليكان عام VAYA‏ . عالجت هذه
النظرية جزئ الهيدروجين بطريقة مختلفة . فلم تنظر اليه كجزئ يتكون من ذرتين
ترتبطان فيما بينهما برابطة تكافؤ (كما هو الحال في نظرية رابطة التكافؤ )؛ لكنها
تعاملت معه على أنه وحدة متميزة» فقدت فيها ذرتا الهيدروجين المكونتان له
خصوصيتهما. وقد دعم الفيزيائي النظري إريك هوكل النظرية المدارية الجزيئية
باستخدامها في دراسة البنزين وغيره من الجزيئات العطرية» ووضع بعدها قانونه
الشهير حول الحلقات العطرية . ولاقت هذه النظرية مزيدا من الدعم في مجال الطيف
والتفاعلات الكيميائية ؛ إضافة إلى القوانين التي وضعها كل من ودوارد وهوفمان»
والتي استخدمت بنجاح في التنبؤ بتوجه بعض التفاعلات العضوية وكيميائها الفراغية .
وأخيراء يمكن القول إن نجاح Rd‏ في تطبيق نظرية رابطة التكافؤ دفع الكيميائيين إلى
قبول ميكانيكا الكم أساسا للنظرية الكيميائية (أي نظرية رابطة التكافؤ)؛ حين وجدوا
أن النظرية المدارية الجزيئية تشكل طريقة أفضل لاستخدام ميكانيكا الكم
(Liberlies, 1970)‏ .

وفي حين كانت كل من نظرية رابطة التكافؤ والنظرية المدارية الجزيئية تستخدم
لوصف الترابط في كل المركبات العضوية وغير العضوية» برز توجه آخر يعتمد أيضا
على ميكانيكا الكم نمثلا في «نظرية JU‏ البلوري» «Crystal field theory‏ بغرض
التعامل مع المركبات غير العضوية؛ خاصة المركبات التناسقية Coordination‏
compounds‏ وكان ذلك على يد الفيزيائي الألماني ple‏ بيته عام AAYA‏ وجرى
تطبيقها على المتراكبات الفلزية الانتقالية . واتضح أنها مفيدة في تمثيل إلكترونات المدار

10

(d)‏ في المتراكبات الفلزية ؛ ما يسهل فهم ألوانها وخصائصها المغناطيسية وغيرها. وقد
ظهر بعض القصور في هذه النظرية؛ لذلك» قام العلماء في النمسينيات بدمج
محاسنها مع النظرية المدارية الجزيئية› ليخرجوا بنظرية حقل الربيطة Ligand field‏
«theory‏ التي قدمت مساهمة هائلة لتحديث الكيمياء غير العضوية وبعث الحياة فيها

من جديد (Cotton et al.,1988)‏ .
ولم يقتصر دور ميكانيكا الكم على تطوير فهم الكيميائيين للترابط الكيميائي؛ وإنما
امتد أيضاً لفهم التفاعلات الكيميائية . وكانت البداية عام 1974 ؛ حين نشر العالمان
هايتلر ولندن بحثا حول تفاعل ذرة هيدروجين مع جزئ هيدروجين» وأوضحا أن المواد
الداخلة في التفاعل لا بد لها أن تتسلق حاجزا طاقياً قبل تحولها إلى النواتج المنتظرة .
وأوضح الباحثان أن جميع خواص الحاجز الطاقي» مثل الارتفاع والموقع والشكل»

متضمنة في معادلة ميكانيكا الكم لطاقة الجهد لمنظومة الذرات الشلاث.

أصبحت هذه المعادلة منطلقا أساسيا لفهم الكيميائيين لنظرية الحالة الانتقالية
c , . Transition state‏ هذه النظرية في تقديم فهم كيفي لمعدلات التفاعلات
الكيميائية ؛ لكنها كانت أقل حظا في تحقيق هدفها الأساسي» وهو حساب معدلات
التفاعلات المطلقة. وقد مهدت هذه النظرية لظهور النظرية الحركية الكيميائية . لكن
الإثبات العملي لهذه النظرية الحركية لم يظهر إلا بعد قرابة خمسين عاما. ففي عام
٠‏ »؛ كلت مجموعة جون پولاني من الحصول على إثبات طيفي لوجود نوع
انتقالي في تفاعل الفلور مع الصوديوم . وحصل پولاني مع آخرين على جائزة نوبل
في الكيمياء لعام (Moskovits, 1995 b ) ١ AY‏ .

نهضت نظرية الحالة الانتقالية بدور مهم بالنسبة للتفاعلات التي يحدث فيها انكسار
الروابط أو تكونها. لكنها لم تستطع أن تفسر واحدا من التفاعلات الأساسية الذي
يشتمل على قفز إلكترون من أيون الى آخر؛ وهي التفاعلات التي تسمى «تفاعلات
الانتقال الإلكتروني». ففي أوائل الخمسينيات من القرن العشرين» كانت دراسة مثل
هذه التفاعلات فى أوجهاء وتوصل الباحثون إلى أن انتقال الإلكترؤنات بين الأيونات
saa‏ بكرن فى العادة t Usdu‏ لكنه يكون أكثر سرعة بين الأيونات الأكبر حجما.

Y

ox Ji chy أ.د. نزار‎

وقد تمكن رودلف ماركوس من بلورة نظرية الانتقال الإلكتروني في النظم الكيميائية»
وحصل على جائزة نوبل على دراساته النظرية في هذا المجال عام 1۹۹۲ . وأمكن فيما
بعد تطبيق نظرية الانت قال الإلكتروني عمليا في مجالات البناء الضوئى
«Photosynthesis‏ والمبلمرات الموصلة cel gS‏ والتألق gta ell‏
e JS « Chemiluminescence‏ وعلوم الحياة )1997 (Isied,‏ .

كان ماركوس واحدا من أوائل الكيميائيين النظريين في وضع نظرياته من دون
الاعتماد على الفيزيائيين )1997 (Marcus,‏ ويلاحظ أن النصف الثاني من القرن
العشرين تيز بظهور مجموعة من الكيميائيين النظرييين الذين عالحوا بنظرياتهم الكثير
من المشكلات الكيميائية» CASU,‏ وما يتعلق بعلوم المواد .

ومن الإنجازات المهمّة في مجال الكيمياء النظرية أيضاً ما قام به كل من ولتركّون
وجون بويل» اللذين حازا جائزة نوبل في الكيمياء لعام ۱۹۹۸ء تقديرا لما قدماه في
مجال التفاعلات الكيميائية باستخدام الحاسوب. ويتضمن هذا المجال الجديد دراسة
تفاعلات افتراضية على الحاسوب» يحدث فيها إنكسار لروابط قائمة وولادة لروابط
جديدة؛ وتعتمد فرصة تكون الرابطة على موضع الإلكترونات في الذرات المتفاعلة
وطاقتها. وقد طور كُون طريقة حاسوبية» تعرف باسم نظرية داليّة الكثافة
«Density-functional theory‏ کن بواسطتها تحديد تركيب 1 t6‏ وصفاته
الأخرى؛ إضافة إلى نها تسهل الحسابات الضرورية . وبدلا من تتبع حركة كل
إلكترون في التفاعل المفترض» OB‏ تكنولوجيا OS‏ تستخدم ميكانيكا الكم لحساب
الكثافة الاجمالية للإلكترونات في الجزئ. ويوجد We‏ برنامج حاسوبي شهير لإجراء
مثل هذه oll ti‏ طوره جون يوبلء ml,‏ عام ۱۹۷۰ باسم
«غاوسيان» GAUSIAN‏ | ويستخدم هذا البرنامج عشرات الآلاف من
الكيميائيين في جميع أنحاء العالم لإجراء تفاعلات كيميائية افتراضية
(Kohn, 1995)Virtual chemical reactions‏ .

وفي عام ۱۹۸۷ ٠‏ تمكن أحمد زويل من دراسة الذرات والجزيئات في أثناء التفاعل
الكيميائى حين تنكسر الروابط القائمة وتتكون روابط جديدة. وأظهرت الدراسة أن
الروابط المتشابهة تنكسر تباعا؛ وليس بشكل متزامن . واستخدم في دراسته كاميرا بالغة

TW

Le pull‏ تعتمد على ومضات الليزرء وتتناسب في سرعتها مع سرعة حدوث التفاعل
الكيميائي» الذي يستغرق زمنا يقاس بالفمتوثانية (أي جزء من مليون بليون جزء من
Gut‏ ( زویل» 19497).

وتساعد الكيمياء الفمتوية على فهم سبب إمكانية حدوث بعض التفاعلات
الكيميائية» وعدم إمكانية حدوث تفاعلات أخرى . ويمكن بواسطتها تفسير سبب تأثر
كمية Ely‏ التفاعل بسرعة التفاعل ودرجات حرارته y‏ وتستخدم تكنولوجيا طيف
الفمتوثانية في دراسة تفاعلات الغازات والسوائل والأجسام الصلبة» وتصوير هذه
التفاعلات بالكاميرا الليزرية؛ ومن ثم عرض هذه الصور بالسرعة البطيئة لرؤية الذرات
والجزيئات في أثناء تفاعلها مع بعضها بعضا.

وهكذاء يمكن للكيميائيين باستخدام هذه التكنولوجيا رؤية المواد التي تتكون في
أثناء التفاعل الكيميائي » ويطلق عليها «المواد البينية»؛ وهي التي تؤدي إلى تكون الناتح
النهائي . وهذا يوفر فهما دقيقا وعميقا لآليات التفاعلات الكيميائية: وهنا يكن القول
إن حصول زويل على جائزة نوبل عام ۱۹۹٩‏ عن أعماله في هذا المجال شكّل نهاية
رحلة بدأها فانت هوف وأرهيئيوس في مطلع القرن العشرين .

وقد درس زويل عددا كبيراً من التفاعلات الأساسية ذات الأهمية الصناعية» مثل
تفاعلات المركبات العطرية ( الأروماتية ) مع الهالوجينات» ووجد أن التفاعل منها
يتحقّق في /5١‏ فمتوثانية . وبعدها انتقل إلى دراسة نوع مهم آخخر من التفاعلات
الكيميائية» هو تفاعل التماكب الضوئي Photoisomerization‏ . وطبق ذلك على
جزيء ستلبين» وتابع أثر الضوء في تحول شكل ستلبين المقرون cis‏ إلى الشكل
المفروق trans‏ . ووجد أن حلقتي البنزين تدوران بشكل متزامن من الشكل المقرون إلى
المفروق؛ وبالعكس .

وتظهر أهمية هذه الدراسة في أنها AG‏ الضوء على سلوك جزئ رتينال» الذي
يُعطي اللون لصبغة الرودويسين الموجودة في مستقبلات الضوء في شبكية العين. وهذا
الجزيء الحساس للضوء يساعد على الرؤية وتمييز الألوان» بتماكبه الضوئي من شكله
المقرون الى المفروق ؛ ما يؤدي الى إرسال إشارة عصبية للدماغ» لإدراك صور الأشياء .
وهذا يفسر أيضاً لماذا لا يكن رؤية الأشياء في الظلام؛ إذ يكون جزئ الرتينال على

YAA

أ.د. نزار رياح الريس
شكله المقرون الذي لا يستطيع إرسال إشارات عصبية للدماغ» أو يرسل إشارات
ضعيفة .

وقد انتشرت ثورة الفمتوثانية واستخداماتها في كل مجالات الكيمياء الأساسية
والتطبيقية . من ذلك: الدراسات على سطوح المعادن» لفهم دور الوسائط (المحفزات)
الكيميائية Catalysts‏ وتحسين أدائها؛ والدراسات على الحالة السائلة والمذيبات» لفهم
آليات الإذابة وآليات التفاعلات بين المواد في المحاليل ؛ إضافة إلى الدراسات على
المبلمرات» لتطوير مواد جديدة لاستخدامها فى مجال الصناعات الإلكترونية. Lal‏
مجال البحث الهم الآخرء فيرتكز على دراسات النظم الحيوية على المستوى الجزيئي»
وفهم التفاعلات الكيميائية الفائقة السرعة التي تحدث داخل هذه النظم ؛ ومن أهمها:
التفاعلات التي تؤدي إلى الإصابة بالسرطان أو إلى خلل جيني ؛ إضافة إلى تفاعل
البناء الضوئي .

o‏ فهم آليات التفاعلات الكيميائية لا يقتصر على وضوح جوانبها النظرية وتكوين
فهم أفضل لها؛ وإنغا ae‏ أيضًا الى زيادة القدرة على التحكم في هذه التفاعلات .
ذلك أن أي تفاعل كيميائي يؤدي الى تكون نوات أساسية ؛ إضافة إلى بعض Ele‏
الجانبية غير المرغوب فيهاء التي تؤثر في كمية ELN‏ الرئيسي ومدى نقاوته . ولاشك أن
فهم آلية التفاعل والقدرة على التحكم فيها وتوجيهها ستمكن من إنتاج المواد المطلوبة
بدرجة عالية من النقاء .

لقد غيرت الكيمياء الفمتوية النظرة إلى التفاعلات الكيميائية: من ظاهرة كانت
توصف بشكل مبهم» باستخدام تعبيرات عامة مثل تعبير «التنشيط» DLAI,‏
الانتقالية»» إلى قدرة على رؤية حركة الذرات والجزيئات . وأدت إلى تطورات هائلة
Y‏ يستطيع أحد الآن أن يتكهن بالمدى الذي ستصل اليه (El-Sayed et al.,1995)‏

٤‏ تطور تكنولوجيات التحليل الكيميائي
(Pietrzyk er al.,1979 ; Settle, 1997)‏
ما كان للاكتشافات العلمية في مجال الكيمياء أن تحقق هذا القدر من النجاح خلال

ru

القرن العشرين لولا أن صاحبها تقدم هائل في توفير الأدوات والآليات اللازمة لإجراء
البحوث؛ خاصة وسائل التحليل الكيميائية والآلية المختلفة. وقد عبر عن ذلك أحد
أساتذة الكيمياء في جامعة هارقرد بقوله: «إذا لم يكن بوسعك قياسه وتحليله» فلن
تتمكن من فهمه أو الحديث عنه . فالكيمياء العضوية» Se‏ لم يكن لها أن تصل إلى ما
وصلت إليه من دون أجهزة طيف الرنين النووي المغناطيسي وطيف الكتلة؛ ولم يكن
للكيمياء غير العضوية أن تتقدم لولا مساعدة الأشعة السينية في علم البلورات وأجهزة
طيف الأشعة فوق البنفسجية. لقد شكلت هذه الأدوات الوسيلة التى تحققت من
خلالها النجاحات المختلفة للكيمياء في مجالات علوم الحياة» . l‏

ويعدٌ الليزر واحدا من الأدوات المهمّة التي استخدمت في البحث الكيميائي في
العشرين le‏ الأخيرة من القرن العشرين. فهو يستخدم في أجهزة الطيف» وفي
التطبيقات الفريدة؛ مثل : التحكم في الجزيئات المنفردة والجسيمات الصغيرة في
المحاليل؛ وكذلك تتبع التفاعلات الكيميائية وتوقيتها؛ ودراسة كيفية تكون الروابط
الكيميائية وانكسارها؛ وتعرف الحالات الانتقالية فى التفاعلات» والأحداث
الكيميائية والحيوية التي تحدث في أثناء حركة الذرات والتي تقاس بالفمتوثانية .

Ul‏ طيف og J‏ النووي المغناطيسي» فهو أداة مهمة في دراسة الظواهر الفيزيائية»
مثل : حركيات التفاعلات» والموصلية الفائقة؛ وفي دراسة تركيب الجزيئات العضوية»
وعمليات الأيض في جسم الكائن ا لحي ؛ وفي مجال علوم المواد. بدأ استخدام هذه
التكنولوجيا في منتصف الخمسينيات من القرن العشرين» بعد تحرف ظاهرة الانزياح
الكيميائي لنوى الهيدروجين حسب موقعها في الجزئ الكيميائي ؛ ما يسهل تعرف

تركيب هذا الجزرئ. وتطورت هذه التكنولوجيا لتشمل نوی أخرى» مثل نظير الكربون
(C-13‏ وإمكانية استخدامها على العينات السائلة والصلبة؛ الأمر الذي أدى إلى

استخدامها في دراسة تركيب أشباه الموصلات والوسائط الكيميائية والمبلمرات
والبروتينات. وحدث تطور مهم آخر في السبعينيات أدى إلى ابتكار تكنولوجيا
ثلاثية» وحتى chek,‏ الأبعاد. وأدى ذلك الى أول استخدام لهذه التكنولوجيا لتحديد
التركيب الثلاثي الأبعاد للبروتين عام 1۹۸١‏ . وكان ذلك إيذانا بشيوع تكنولوجيا

YY»

أ. د. نزار رياح الريس

تصوير الرنين المغناطيسي «MRI‏ التي تشكل طريقة مهمة في التشخيص الطبي لعدد
كبير من الأمراض .

ومن التكنولوجيات المهمة التي قادت الى تطور الكيمياء في القرن العشرين
استخدام الأشعة السينية في علم البلورات الذي بدأء منذ عام ۱۹۱۲ء بدراسة بلورات
بسيطة مثل الكالسايت؛ لكنه امتد ليشمل oly dh‏ العضوية وتركيب القيروسات .

إضافة إلى ذلك» هنالك تكنولوجيا التصوير اللوني (الكروماتوغرافيا)» التي
ctas‏ ال الأول من di‏ الفتترين على يد هال ety NOL‏ كال
تسويت» الذي استخدمها في فصل الكلوروفيل من عصارات نباتية . وقد تطورت هذه
التكنولوجيا تطورا هائلاء وأصبح لدينا أنواع مختلفة منها تستخدم في فصل المكونات
الصلبة والسائلة والغازية. .

ومن نتاج القرن العشرين تكنولوجيا طيف الكتلة» التي ساعدت على تحقيق الكثير
من الاكتشافات المهمة؛ مثل : اكتشاف النظائر المشعة ؛ وتحديد الأوزان الذرية بدقة؛
وتوصيف العناصر الجديدة؛ والتحليل الكمي للغازات؛ ووسم النظائر الشابتة؛
والتعيين السريع للكميات القليلة من الملوثات والعقاقير؛ وتحديد تركيب الجزيئات
الكيميائية . وتطوّرت هذه التكنولوجيا لتصبح أداة مهمة في الدراسات الكيميائية ؛
خاضة تعد أن ربط مظياق الكتلة بجهاز كروساتوغرافيا el oe «GC-MS 3UJI‏
التحاليل البيئية وتحاليل الطب الشرعي واختبارات العقاقير والدراسات الصيدلانية .

علاوة على ما تقدم» ظهرت تكنولوجيات مهمة عدة؛ مثل : التحليل الكيميائي
الكهربائي باستخدام جهاز الاستقطابية (البولاروغراف)؛ والمسرى الكهربائي
(الإلكترود)ء الذي أدى إلى ظهور مقياس الأس الهيدروجيني عام VAYA‏ € إضافة إلى
تکنو لو جیا الرحلان الكهربائى Electrophoresis‏ والكثير من تکل ولو ob‏ التحليل
الكيميائي الكهربائي الأخرى .

وأخيراً» هنالك عدد كبير من أجهزة الطيف المختلفة ؛ مثل : طيف الابتعاث الذري
والامتصاص الذري؛ وطيف الأشعة فوق البنفسجية وتحت الحمراء؛ وطيف رامان؛
LS ,‏ ساهم مساهمة فعالة في التحليل على المستويبن الذري BAL‏

¥

5 تعليم الكيمياء في القرن العشرين

لا شك أن تغير الأولويات والاهتمامات في مجال الكيمياء ينعكس على تعليمها
ويؤدي الى تقدم هذا التعليم . وكما يقال» فإن الثابت الوحيد في تعليم الكيمياء هو
ضرورة التغيير المستمر. وقد كان تعليم الكيمياء وصفياالى حد كبير. ومع نمو
مجالات المعرفة» بدأ تقسيم الكيمياء إلى مجالات مختلفة . وبقي المختصّون في كل
p‏ من فروع الكيمياء على دراية بما يدور في الفروع الأخرى حتى نهاية الثلث الأول
من القرن العشرين . لكن تفجر المعارف في كل من هذه الفروع أخذ يباعد بين
الكبميائيين» الذين توجهوا أكثر وأكثر الى التخصص في فروعهم المختلفة . وانعكست
هذه الأوضاع على كل من برامج الدراسات العليا والمرحلة الجامعية الأولى ؛ إذ ورد في
تقرير للأكاديية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة» تحت عنوان «إعادة تشكيل
الدراسات العليا في العلوم والهندسة» عام ١1445‏ أن برامج الدكتوراة في العلوم
والهندسة في الولايات المتحدة يجب أن تؤهل الطلبة لشغل وظائف خارج المجال
الأكاديمي . بمعنى آخر» لا بد من زيادة تنوع معرفة الخريج» بدلا من تركيز معرفته في
مجالات ضيقة. وأثمر هذا التوجه في مجال الكيمياءء مثلاء عن تزايد أعداد حملة
الدكتوراة الذي يتوجهون الى العمل خارج الجامعة. ويستدل من الإحصائيات أن
ZY, ١‏ من حملة الدكتوراة في الولايات المنحدة الأمريكية كانوا يعملون في الجامعات
عام ۱۹۷۷؛ لکن هذه النسبة انخفضت عام ۱۹۹۹٩‏ إلى ZY V, Y‏ فقط . بالمقابل» زاد
عدد العاملين في مجال الصناعة والأعمال الأخرى من 6 , 45/ عام ۱۹۷۷ إلى
Z,A‏ عام 4443 )1998 Years of Education,‏ 75(.

وفي مؤتمر عقدته الجمعية الكيميائية الأمريكية عام 1840( وجمع بين أساتذة
الجامعات ومسؤولي الصناعات الكيميائية» بهدف بحث أفضل السبل لإعداد طالب
الدراسات العليا في مجال الكيمياء» أشار رولاند بريسلو» رئيس الجمعية آنذاك
وأستاذ الكيمياء في جامعة كولومبياء إلى أن الحاضرين أجمعوا على ضرورة أن يجمع
الدارس بين ope ORE‏ تخصص معين ومعرفة عريضة بالمجالات الأخرى. ويعود
CENSET‏ في رأي بريسلوء إلى أن الدكتوراة تعد صاحبها لمهنة يمارسها طوال حياته؛

YY

أ. د. نزار رياح الريس

لذلك» يجب تزويده بكل المهارات التي يحتاج إليها .

أما تدريس الكيمياء في المرحلتين المدرسية والجامعية الأولى» فكان موضع إعادة
النظر خلال القرن العشرين ؛ سواء طريقة التدريس والمراجع الكيميائية التي يستخدمها
الطلاب» أو التوجه للاستفادة من تكنولوجيا المعلومات . ففي المجال الأول» يلاحظ
أن طرق التدريس بقيت تقليدية» وأن المراجع كانت وصفية الى درجة كبيرة» تهتم
بسرد التفصيلات المجردة وأسماء التفاعلات وظروف حدوثها؛ إلى غير ذلك من
المعلومات . لكن تغيرا بدأ يحدث في هذا المجال في معظم دول العالم . ففي الولايات
المتحدة» مثلاء تشكلت Sh‏ وطنية في الستينيات من ذلك القرن برئاسة الأستاذ غلين
سيبورغ» الحائز جائزة نوبل لعام ١981١‏ ورئيس جامعة كاليفورنيا/ بي ركلي آنذاك»
جمعت أعضاء من أساتذة الجامعات والمدارس ورجال الصناعة ومراكز البحث
العلمي» وخرجت ببرنامج تعليمي للكيمياء هو برنامج CHEM Study‏ الذي أثر في
تدريس الكيمياء في المدارس والكليات (Merrill et al.,1969)‏ . كذلك» توافر كثير
من الكتب المدرسية الشائقة لتدريس الكيمياء» التي هدفت بشكل رئيسي إلى تدريب
الطالب على التعلم الذاتي وإثارة الأسئلة» تطبيقا للمقولة إن الأسئلة الجيدة أهم وأكبر
أثرا في التعلم من الإجابات الجيدة؛ كما هدفت إلى ربط الكيمياء بالحياة والعلوم
الأخرى .

وهنالك توجه إلى إعادة النظر في نظام تقسيم الكيمياء» الذي ترسخ منذ أكثر من
مئة عام» والذي ما زال يعمل به في معظم الأحيان. ويعتمد هذا النظام على تقسيم
الكيمياء إلى فروع» هي : الكيمياء العضوية» وغير العضوية» والتحليلية» والفيزيائية»
والحيوية. لكنّ فروعا جديدة للكيمياء ظهرت وترسخت ويصعب تصنيفها تحت واحد
من هذه الفروع . من أمثلة ذلك : كيمياء البيئة» وكيمياء MA‏ الصلبة» والكيمياء
الكهربائية» وكيمياء الأرضء وكيمياء ce LAE‏ وكيمياء درجات الحرارة المنخفضة»
وكيمياء البلازماء وكيمياء الغذاء» وكيمياء الطب الشرعي» وحوسبة الكيمياء»
وتعليم الكيمياء» وكيمياء المبلمرات» والكيمياء النووية» وكيمياء الإشعاع . لذلك»
يتكلم الكثيرون عن ضرورة اعادة هيكلة مناهج الكيمياء U‏ يتناسب مع طبيعة المعارف

YvY

الجديدة والمتنوعة ) (Clark,1999‏ .

UI‏ التطور النوعي الآخر في مجال تدريس الكيمياءء فيتمثل في التوجه نحو
الاستفادة من تكنولوجيا المعلومات. ومن الأمثلة على الاهتمام بهذا التوجه أن
المؤسسة الوطنية للعلوم NSF‏ في الولايات المتحدة مولت خمسة مشروعات لتدريس
الكيمياء من خلال برامج حاسوبية . وقد أنتج عدد كبير من هذه البرامج ؛ مثل : , Kin‏
Chem Quest , REACT,Works‏ . ويشكل برنامج «Chem Quest‏ مغلا بديلا
للكتاب المدرسي؛ ويغطي دراسة الكيمياء لمدة عام كامل . وما على الإنسان إلا أن
يتصفح الإنترنت» ليجد مئات أخرى من البرامج التعليمية النظرية والعملية في مختلف
فروع الكيمياء. وتجدر الإشارة إلى أن التعليم العالي بدأ يشكل في المجتمعات
الصناعية سوقا استثمارية تثير اهتمام رجال الال والأعمال. فالصناعات الصيدلانية»
Ata‏ تستشمر YY‏ تقريبا من أرباحها في البحث والتطوير» وتستثمر الصناعات
الكبيرة الأخرى /٠١‏ تقريبا من الأرباح لأهداف التطوير. لكن الاستثمار في تطوير
التعليم لا يتجاوز /٠ , ١‏ من موازناته؛ وهي نسبة ضكيلة (Dolence et al.,1995)‏ .
وقد بدأت شركات تكنولوجيا المعلومات تهتم بهذا المجال وتستثمر فيه. وسوف يكون
لذلك تأثير كبير على مجريات التعليم بمستوياته المختلفة في المستقبل . ويذهب البعض
إلى الاعتقاد بأن مباني الجامعات الضخمة سوف تتحول مع نهاية الربع الأول من القرن
الحادي والعشرين إلى أطلال لعدم الحاجة إليهاء وأن الجامعات التي تستثمر في توفير
مواد التعليم المرتكزة على تكنولوجيا المعلومات ستكون في موقع القيادة خلاله .

لقد واجه تدريس الكيمياء في القرن العشرين تحديا مهماًء يتمثل في طبيعة نظرة
المجتمع إلى هذا العلم . فبعد انتهاء الحرب العالمية الثانية» حدث في الغرب بشكل عام
ردة فعل سلبية تجاه دراسة الكيمياء . وكان السبب في ذلك الدور السلبي الذي نهضت
به الكيمياء في الحروب» وظهور الأسلحة الكيميائية» واستخدامها من طرف البعض .
علاوة على tld‏ بدأت في الغرب صحوة tity‏ وتحملت الصناعات الكيميائية»
ظلما أو عدلاء الجزء الأكبر من المسؤولية عن تلوث البيئة. tnd‏ الصناعات
الكيميائية مسؤولة عن ثقوب الأوزون ذات التأثيرات السلبية على صحة الناس» والمطر

TY

. د. نزار oll chy‏
ا لحمضي الذي قضى على مساحات شاسعة من الغابات في أوروبا وأمريكا الشمالية»
والاحتباس الحراري الذي كان له آثار واضحة على الأحوال الجوية وتلوث مياه الأنهار
والبحيرات. ونتيجة لذلك» سعت الصناعات الكيميائية الى العمل على تقليل
الملوثات إلتي تطلقها في البيئة المحيطة» وأصبح الحفاظ على سلامة البيئة شرطا ملزما
لهذه الصناعات . وتحقق الكثير في هذا المجال من خلال الاتفاقات الدولية» التي كانت
آخرها اتفاقية كيوتو؛ إضافة إلى التشريعات الوطنية؛ ما أدى إلى تحسين صورة الكيمياء

في نظر أفراد المجتمع » وظهور ما يعرف باسم ' الكيمياء الخضراء" .

1 ماذا عن المستقبل؟

أوضحنا فيما سبق بعض الإنجازات المهمة التي حققها علماء الكيمياء في القرن
العشرين . ونتساءل: هل بقي في خيالهم من مزيد؟ والجواب: نعم؛ إذ يعتقد أن من
أولى مسؤوليات الكيمياء وأهدافها تحسين نوعية حياة الإنسان والمساهمة الفعالة في
حل مشكلاته . لذلك» سيتركز البحث الكيميائي على توفير الغذاء والدواء والطاقة
والمواد الجديدة» وتحسين البيئة» والمساهمة في تقدم علوم الحياة الجزيئية والذكاء
الاصطناعي والحاسوب الكيميائي» وغير ذلك كثير . ففي مجال توفير الغذاء والدواء»
سوف يلجأ الكيميائيون إلى الطرق الكيميائية وهندسة الجينات . فعن طريق حوسبة
الكيمياء التوافيقية وأتمنتهاء مثلاء سيكون بالإمكان اصطناع عدد غير محدود من
العقاقير النوعية؟ وعن طريق رسم الخريطة الجينية e OLU‏ سوف يتقدم العلاج الجيني
ويصبح بالإمكان الكشف SU‏ عن الأمراض المحتملة التي ستصيب الإنسان. وفي
مجال الطاقة» ومع الاعتقاد OU‏ مصادر الطاقة غير المتجددة مثل النفط والغاز والفحم
سوف تنضب خلال عقود من الزمن» لا بد من تطوير تكنولوجيا جديدة لتوفير الطاقة
من مصادر متجددة غير قابلة للنضوب» من أهمها الطاقة الشمسية . ولتحقيق ذلك لا
بد من فهم كامل لآلية تفاعلات البناء الضوئي ومحاكاتها أو تسريعها. ويقدر أن
الإنسان يحتاج حاليا إلى استهلاك محصول /١١‏ من المساحة المزروعة في العالم
لإنتاج ما يلزمه من طاقة . فإن أمكن التحكم في سرعة تفاعلات البناء الضوئي » ستزيد

YYO

سرعة الإنتاج» وستخفض المساحة المزروعة التي ستفي بحاجة الإنسان من الطاقة إلى
۲ فقط من المساحة الكلية؛ ما سيوفر مساحات هائلة من الأرض الزراعية TEY‏
الغذاء . وفي مجال الطاقة أيضاء يعمل العلماء على ابتكار تكنولوجيات جديدة قادرة
على تحويل الطاقة الشمسية إالى طاقة كيميائية» يكن تخزينها ونقلها واستخدامها في
كل وقت . ومن أهم أشكال هذه الطاقة الكيميائية الهيدروجين» الذي سيكون فحم
المستقيل ونفطه. أمافي مجال علوم cal dll‏ فسوف يبتكر الكيميائيون مواد جديدة
لاستخدامات نوعية حسب الطلب ؛ وسوف تنمو صناعة الإلكترونيات العضوية المبنية
على أساس الإلكترونيات الجزيئية؛ وسيكون بالإمكان إنتاج أسلاك من المواد
العضوية؛ إضافة الى التجهيزات الإلكترونية الأخرى . وهنالك تطبيقات مهمة لعلوم
المواد والبحوث الطبية. ومن أمثلة ذلك البحوث الجارية على
«الدندريمرات» Dendrimers‏ ؛ وهي المبلمرات ile M‏ للكهرباء. مثل هذه المبلمرات
سوف تستخدم في نظم توصيل العقاقير الجديدة؛ وفي تكوين أنسجة جديدة» مثل
الجلد والأعصاب .

وفي مجال البيئة» سوف يزداد التوجه لأن تستبدل بالكيمياء التقليدية الكيمياء
col atl‏ التي تحمي البيئة وتحافظ عليها. وفي هذا المجال» يعتقد الكيميائيون أن
خامات المستقبل الصئاعية سوف تعتمد إلى حد كبير على تدوير المواد القابلة لذلك»
واستخدام الفضلات المنزلية والصناعية والمياه الملوثة . لكن تحقيق هذا يتطلب
تكنولوجيات جديدة .

ومن أهداف الكيمياء المستقبلية تحقيق تقدم في مجال كيمياء الأعصاب» ليمكن
التوصل إلى فهم أفضل لوظائف الدماغ» وطبيعة الذاكرة» وآلية تخزين المعلومات
فيه . وسيكون بالإمكان التدخل بشكل بناء في علاج مشكلات الإدمان» وفقدان
الشهية» والغضب» والخوف» والإجهاد» والذكاء» وضعف القدرة على التعلم. ومن
المجالات التي تهدف الكيمياء إلى تحقيق فهم أفضل لها على المستوى الجزيئي مجال
ce sl‏ الذي قد يؤدي التحكم فيه إلى زيادة عمر الإنسان IUE‏ بدلا من زيادة
عمره الزمني .

YVA

أ. د. نزار رياح oun‏

وكما كانت الكيمياء BUS‏ ومبدعة في لقائها بعلوم أخرى كثيرة» كذلك الأمر
بالنسبة للقائها بالحاسوب وعمليات الحوسية . فعلاوة على البرامج التعليمية المتعددة»
هئالك البرامج البحثية وبرامج الواقع الافتراضي . ويتحدث البعض عن الحاسوب
الكيميائي الذي يتميز بطاقة ذاكرة هائلة؛ وهم في هذا يتطلعون إلى إنتاج «الدماغ
الاصطناعي» Artificial brain‏ . أما استخدام الرقاقات المنمنمة Microchips‏ في
عمليات التحليل والاصطناع الكيميائي» فقد أصبح حقيقة واقعة؛ وسيكون لها دور
كبير في مستقبل الكيمياء . وقد بدأ عدد كبير من الشركات في الإعداد لإنتاج ما يسمى
مختبر على Lab-on-a chip GU,‏ . وسوف تكون الصناعات الدوائية من أوائل
الصناعات المستفيدة من هذه التكنولوجيا؛ إضافة الى تشخيص الدنا والجينات. ولا
شك أن مثل هذه التكنولوجيا سوف تتميز بالأداء العالي؛ إضافة إلى إمكانية تحليل
كميات نزرة من المواد المطلوب تحليلهاء و إمكانية أتمتة الأداء وزيادة الدقة. وسوف
يصبح بالإمكان استخدام مثل هذه النظم في الاصطناع التوافيقي» والتحاليل البيئية»
ومراقبة التحاليل الحيوية المتميزة» وغير ذلك .

من الناحية التقنية» فإن هذا التوجه سوف يتيح الفرصة لاندماج الكيمياء مع
الميكانيكا والإلكترونيات والضوئيات؛ إضافة إلى إمكانية ربط نظم عدة للتحليل مع
بعضها بعضاً في حيز صغير . وسيكون حجم هذا المختبر في حجم حاسبة الجيب؛ ما
يمكنه من إجراء التحاليل في أي مكان )1999 (Freemantle,‏

ويتوقع علماء الكيمياء أن يكون مستقبل هذا العلم مشرقاء إذا توافرت الأموال
اللازمة للبحث والتطوير. وهم يعتقدون أن جزءا كبيرا من مستقبل الإنسان سوف
يعتمد على ما تحققه الكيمياء من تقدم ٠‏ بتوفيرها جزيئات جديدة لم يعرفها الإنسان من
قبل » ووسائط جديدة لإجراء تفاعلات مفيدة )1998 (Baum,‏ .

والآن لنا أن نتساءل: هل هذا كل ما نتوقعه من إنجازات مستقبلية؟ يجيب عن هذا
التساؤل السير جون مادوكس» أستاذ الفيزياء ورئيس تحرير مجلة Nature‏ الأسبق »
بقوله : «قد تكون أهم الاكتشافات في الخمسين عاما القادمة هي تلك التي لا نستطيع
أن نتخيلها الآن» .

YYY

-V‏ أين نحن من هذا كله؟

ويبقى تساؤل أخير : أين يقف العلميون العرب من هذا كله؟ إن دور الكيميائيين
العرب في القرن العشرين لا يختلف عن دور أقرانهم العرب في المجالات العلمية
الأخرى؛ وهو دور IK‏ لا يذكر. فالمنظومة البحثية العربية على مستواها الإقليمى أو
القومي لا تملك الإمكانات اللازمة لتحقيق إنجازات علمية مهمة لأسباب عدة. أولها:
أن هذه المنظومة تفتقر الى أهم دعائم البحث العلمي» وهو التمويل؛ إذ لا يخفى أن
معدل الإنفاق على البحث العلمي في الوطن العربي مع نهاية القرن العشرين لا يتجاوز
he, V0‏ من EUI‏ المحلي الإجمالي» وهي نسبة متدنية إذا قيست بمثيلتها في الدول
المتقدمة التي تتراوح من ./۳-١‏ إن مجموع موازنات البحث العلمي في الجامعات
العربية مجتمعة» ويصل عددها إلى oV Y‏ جامعة تقريباء أقل من مثيله في جامعة واحدة
من الجامعات المعروفة بنشاطها البحثي المتقدم» في الولايات المتحدة مثلاً. ومن
الطبيعي أن تدني مُدحلات الانفاق على البحث العلمي في الوطن العربي يؤدي
بالضرورة إلى ضعف مُخرجاته .

أما السبب الثاني» فهو أن الاختراقات العلمية لم تعد وليدة جهد فردي؛ بل هي
محصلة ما يسمى الكتلة الحرجة Critical mass‏ لما ينتجه مجتمع العلماء في بلد ما.
ذلك أن تداخل العلوم فيما يسمى العلم الكبير» وقيام المدارس والمجموعات البحثية
الكبيرة» هما الكفيلان بتحقيق مثل هذه الاختراقات. وهكذاء فإن التخلف العلمي
العربي ليس وراثيا (جينيا)؛ لكنه وليد غياب المجتمع العلمي في العالم العربي . فإذا
عرفنا أن معهد كاليفورنيا التكنولوجي أعطى لوحده YI‏ من حملة جائزة نوبل في
العلوم في القرن العشرين: أدركنا أهمية المجتمع العلمي الذي أشرنا إليه .

oes ol‏ ف مستي البق العلمي في مجال الكيمياء» أو أي مجال علمي
آخر» فما علينا سوى الاستعانة بنظام القياس المعمول به دوليا. ويعتمد هذا النظام على
تقسيم البحث العلمي في أي مجال الى ستة مستويات تشكل في مجموعها هرما
متكاملا (أنظر الشكل). ويتربع في المستوى الأول على رأس الهرم أولئك الذين
يحصلون على جائزة نوبل في مجال بحوثهم . ويشغل المستوى الثاني العلماء من
قدموا أعمالا من مستوى جائزة نوبل ؛ لكنهم لسبب أو لآخر لم يحصلوا عليها.

YYA

NM‏ | . د. نزار رياح الرس

الناشرون في أفضل المجلات العلمية فقط
(Science, Nature, Cell)‏ ¢ والحساصلون على
الدعم المالي المستمر, ويشغلون وظيفة ثايتة,
ويعملون في أفضل ا مراكز العلمية

الناشرون في مجلات متخصصة. ويحصلون على

دعم مالي ولهم وظيفة ثابتة
الناشرون في مجلات غير مشهورة (محلية أو إقليمية).
ghani‏ على القليل من CAM‏

الباحثون الذين توقفوا عن النشر. ولا يحصلون على المنح والدعم

تقسيم مستوى الباحثين في العالم إلى ست مجموعات حسب إنناجهم.

ul‏ المستوى الثالث» فيشغله o t LI‏ الذي ينشرون بحوثهم في أرقى المجلات
العلمية فقط» والذين يحصلون على دعم مستمر لمشروعاتهم البحثية من جهات
مختلفة» ويشغلون مراكز بحثية مرموقة في جامعات معروفة.

ويشغل المستوى الرابع الباحثون الناشرون في مجلات متخصصة» ويحصلون على
دعم مالي معقول لإجراء بحوثهم» ولهم وظائف ثابتة في الجامعات أو مراكز البحث .
وفي المستوى الخامس يوجد الباحثون الذين ينشرون في مجلات محلية أو إقليمية» ولا
ازن Le NL‏ القليل مخ ال الال ig cM Ll eat oe‏ السنادس :ا يشغ
udi jl‏ الذين لا ينشرون بحوثا؛ أو أنهم توقفوا عن النشرء ولا يحصلون على دعم
مالي لإجراء البحوث.

YYA

وبتطبيق هذه المقاييس» يلاحَظ أن العلميين العرب المقيمين في الوطن العربي
يتوزعون بين المستويات الثلاثة الأخيرة؛ وهم بالك يقدموة asd‏ ما مكن أن تمع بد
ظروفهم وإمكاناتهم. وهكذاء يبقى عطاؤهم محدودا ولا ينتمي الى البحث العلمي
الذي يؤدي الى اختراقات كبرى ويأتي بنظريات جديدة» أو يؤدي إلى تطبيقات
تكنولوجية فريدة .

ويمكن لنا أن نتأكد من سلامة المقياس الهرمي الذي أشرنا إليه إذا علمنا أن Wee ٠١١‏
lea‏ على جنافزة ريل ela Sd‏ عتلال (Vestas ١١ cepted o ll‏ توزڙعوا
على جنسيات مختلفة على النحو الآتي :

EA‏ الولايات المتحدة Y)‏ منهم فقط قبل الحرب العالمية الثانية)

GUT Yt‏ (معظمهم قبل الحرب ALLS‏ الثانية)

Yo‏ بريطانيا (معظمهم بعد الحرب ALLS‏ الثانية)

۷ قرنسا

o‏ السويد

PTT

Y‏ هولند!

les Y

Y‏ اليابان

A‏ (واحدة لكل من : الأرجنتين؛ النمسا؛ بلجيكا؛ تشيكوسلوفاكيا؛ الدثمارك؛
فنلندا؛ إيطاليا؛ النرويج؛ روسيا).

وتؤكّد هذه الإحصائية صحة الإدعاء Ob‏ العنصرين اللّذين يؤثران على نهوض
البحث العلمي ومستواه هما : «الكتلة العلمية Coe Ad‏ والسخاء في الإنفاق . وهوما
يتضح من الأرقام السابقة؛ إذ حصل de LS TUL to‏ جائزة نوبل بعد الحرب
العالمية الثانية . وهي الفترة التي تنامى اهتمام الولايات المنحدة بالبحث العلمي إلى أن
بلغ ما تنفقه على هذا المجال Whe‏ حوالي Le /4 ٠‏ ينفقه العالم بأكمله .

YA:

أ.د. نزار رياح الريس

المراجع

١‏ بيغ» MW BC‏ كارسون؛ . ۸.3 مونتغومري» 1494 . عقاقير pedi‏ حسب | لطلب» مجلة
العلوم» مجلد ١٠ء‏ 248 „EY EY (Y‏

«oU Je .Y‏ قذدري» 801( العلوم عند العرب » إدارة الثقافة العامة بوزارة التربية والتعليم» مصر.

۳ مرحباء محمد عبد الرحمن» ۱۹۷۸ء المرجع في تاريخ العلوم عند ceo pall‏ دار العودة» بيروت.

. ٠١-1١ ص‎ CA ode cA مجلد‎ ce adi مجلة‎ ceu Eis Y, » 7 أحمدء‎ e hajt

۵ غرين» CW‏ .1980 الإيدز والجهاز المناعي» مجلة ce adi‏ مجلد «Vt ade CV‏ ص

.NYAO
الحرب الكيميائية. مؤسسة الكويت للتقدم العلمي»‎ «1A٦ الريس » نزار وفايزة الخرافي»‎ 5
. الكويت‎

7. Albert, B., D. Bay, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, and J.O. Watson (editors), 1995,
Molecular Biology of the Cell, Garland Publishers, New York .

8. Ambruster, P. and Fritz Peter Hessberger, 1998, Making New Elements, Scientific
American : 14(9), 72-76 .

9. Asimov, Isaac, 1993, Understanding Physics: Vol. 3, Barnes and Noble Books, New
York.

10. Baum, Rudy M., 1998, Chemistry's Golden Age, C & EN: Chemical and Engineering
News : 76 (2), 143 - 151.

11. Borman, Stu, 1999, Combinatorial Chemistry, ibid:77 (10) 33-39

12. Charles, P., Horacio A. Farah, and Richard J. Creswick , 1996, Superconductivity,
Academic Press, New York.

13.Clark, Roy W. , 1999, The Structure of Chemistry, Journal of Chemical Education :
76 (12), 1612.

14.Cotton, F. Albert and G. Willkinson, 1988, Advanced Inorganic Chemistry, Wiley,
New York.

15.Crendal, B.C, 1997, Nanotechnology: Molecular Speculations on Global Abundance,
The MIT Press, Cambridge, Massachusetts.

16. Dolence M.G. and D.M Norris,1995, Transforming Higher Education: A Vision for
Learning in the 21st Century, Society for College and University Planning, Ann
Arbor.

YAN

TT ALAS SS iit i i

17. Dresselhaus, M.S., G. Dresselhaus, and P.C. Eklund, (editors), 1996, Science of
Fullerenes and Carbonnanotubes, Academic Press, New York ,

18. El-Sayed, Mustafa (editor), I. Tanaka, and Lu.N. Molin, 1995, Ultrafast Processes in
Chemistry and Photobiology (Chemistry in the 21st Century Monographs), Blackwell
Science Inc., Oxford.

19. Encyclopedia Britannica , Britannica CD,1999, Multimedia Edition.

20. Epiotis, N.D., 1982. Lecture Notes in Chemistry : Unified Valence Bond Theory of
Electronic Structure, Springer -Verlag, Berlin.

21. Ewen, J.A., 1997, New Chemical Tools to Create Plastics , Scientific American: 279
(5), 12-17.

22. Flory, P.J., 1953, Principles of Polymer Chemistry, Cornell University Press, New
York.

23, Freemantle, Michael, 1999, Downsizing Chemistry, Chemistry and Engineering
News : 77 (8), 27-36 .

24, Greenaway, F., 1966, John Dalton and the Atom, Heinemann, London.

25. Heikkinen, Henry (chief editor), 1988, Chem Com : Chemistry in the Community,
American Chemical Society, Kendal Hunt Publishing Co., Iowa.

26. Ihde, A.J. 1964, The Development of Modern Chemistry, Harper and Row, New
York.

27. Isied, S.S., 1997, Electron Transfer Reactions: Inorganic, Organometallic and
Biological Applications, Oxford University Press, Toronto.

28. Jensen, J.C., M. Stocker, H.G. Kange, and J. Weit Kamp, 1994, Advanced Zeolite
Science and Applications , Elsevier Science, New York .

29. Kohn, Walter, 1995, Density Functional Theory of Systems of Very Many Atoms,
Proceedings of the 1994 Satellite Symposium on "Thirty Years of Density Functional
Theory" , Wiley, New York.

30. Liberlies, Amo, 1970, Introduction to Theoretical Organic Chemistry, MacMillan,
New York.

31. Lin, Shu-Kun, 1998, Obituary : Professor Sir Derek H.R.Barton, Molecules : 3, 132 -
134,

YAY

1.د. نزار رياح ol‏

32. Marcus, R.A., 1997, Electron Transfer Reactions in Chemistry: Theory and Experiment
(Nobel Lecture) . The Nobel Lectures in Chemistry 1991- 1995 , World Scientific Press,
New Jersey, pp. 61-65.

33. Merril, R.J. and Ridgway D.W., 1969, The CHEM Study Story, Freeman, San
Francisco.

34. Moskovits, M. (editor) 1995, in, Science and Society: The John C. Polanyi Nobel
Laureates Lectures, Annansi, New York, (a) p. 69; (b) p.3.

35. Oganessian, Y.Ts., V.K. Utyonkov, and K.J. Moody, 2000, Voyage to Superheavy
Island, Scientific American : 282(4), 63-67 .

36. Partington, J.R., 1961-1970 . A Histroy of Chemistry, 4 Vols., MacMillan, London.

37. Pasachoff, N., 1996, Marie Curie and the Science of Radioactivity, Oxford University
Press, Toronto.

38. Pauling, L. and E. Bright Wilson (Jr.), 1985, Introduction to Quantum Mechanics with
Applications to Chemistry (Reprint), Dover Books, New York.

39. Pietrzyk, Donald J., and Clyde W. Frank, 1979, Analytical Chemistry, Academic
Press, New York.

40. Plunkett, M.J. and Jonathan A. Ellman, 1997, Combinatorial Chemistry and New
Drugs , Scientific American : 279 (7), 4-8 .

41. Read, M.A. and J.M. Tour, 2000, Computing with Molecules, www.scientificamerican.
com, June, 1-14 .

42. Schnu, J.M., 1993, Lipid Tubules: A Paradigm for 43 Molecularly Engineered
Structures, Science : 12,1669-1673

43. Settle, Frank A. (editor), 1997, Handbook of Instrumental Techniques for Analytical
Chemistry, Prentice Hall, New York .

44. Szabo, Attila and Neil S. Ostland, 1996, Modern Quantum Chemistry: Introduction
to Advanced Electronic Structure Theory, Dover Publications, New York .

45. Van Spronsen, J.W., 1969, The Periodic System of Chemical Elements : A History
of the First Hundred Years, Elsevier, Amsterdam .

46. 75 Years of Education, Chemical and Engineering News, 1998, 75th Anniversary
Issue, 76(2) , 111.

YAY

—— همجعم‎ a

47. Zewail, Ahmed H. , 1994, كر‎ emtochemistry : Ultrafast Dynamics of the Chemical Bond
(World Scientific Series in 20th Century Chemistry), World Scientific Publishing,
Singapore. |

48. Zimmerman, B.E. and Zimmerman, David J, 1995, Nature's Curiosity Shop,

Contemporary Books, Chicago.
مراجع إضافية‎

1, Barrow, G.M., 1988, Physical Chemistry, McGraw-Hill, New York.

2. Brody, D.E. and Arnold R. Broy, 1997. The Science Class You Wish You Had, Part 2,
pp. 51-84, 337-351, The Berkley Publishing Group, New York.

3. Caglioti, L., 1983. The Two Faces of Chemistry, The MIT Press, Cambridge,
Massachusetts.

4. Chemical and Engineering News, 1998, 75th Anniversary Special Issue; 76(2), 1-224,

5. Chemical and Engineering News, 1999, Millenium Special Report, Chemistry in the
Service of Humanity: 77(49), 43-134.

6. Gordon, E.M. and James F. Kerwin, Jr. 1998, Combinatorial Chemistry and Molecular
Diversity in Drug Discovery, Wiley-Liss, New York.

7. Jaffe, B., 1976, Crucibles : The Story of Chemistry from Ancient Alchemy to Nuclear
Fission, Dover, New York ©

8. Jensen, F., 1998, An Introduction to Computational Chemistry, Wiley, New York .

9. March, J., 1992. Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms and Structure,
Wiley, New York.

(») التاشر الأصلى : CA EY CARY eSimon and Schuster‏ ۸ . وتوجد ترجمة عربية
رفيعة المستوى لهذا الكتاب بعنوان :
بواتق وأنابيق : قصة الكيمياء
تأليف : برنارد جافي ؛ ترجمة: الدكتور أحمد Sj‏ ؛ مكتبة النهضة المصرية» القاهرة؛ بالاشتراك
مع مؤسسة فرانكلين للطباعة والنشرء القاهرةنيويورك؛ طا آیار/ مايو Yb NAOT‏
شباط/ Gell) . 197٠ uus‏

YAE

val نزار رباح‎ .5.d

10. Parascandola, J. and James C. Whorton (editors), 1983, Chemistry and Modern
Society, ACS Symposium Series 228, ACS, Washington, DC.

11. Reese, K. (editor), 1976. A Century of Chemistry : The Role of Chemists and the
American Chemical Society, ACS, Washington, DC, pp. 342-344 .

12. Russel, C.A., 1971, The History of Valency, Leicester U.P., Leicester, pp. 276 and
287.

13. Russel, C.A., 1985, Recent Developments in the History of Chemistry, The Royal
Society of Chemistry, Burlington House, London.

YAO

الفصل السادس

المعلوماتية

د. dea‏ علي

A Hg tk ll

الدكتور نبيل علي

المحتويات

Yal‏ : عتاد الحاسوب

Y:‏ وحدة المعالحة المركرية

١:١١‏ تطور عنصر البناء الرئيسي لعتاد الحاسوب
: تطور معمارية بناء الحاسوب

1 وسائل إدخال البيانات وإخراجها

:7 تطور وسائط تخزين البيانات

تنوع وحدات الإدخال والإخراج

—

سی

جیے ج

ثانيًا : شبكات نقل البيانات

ys‏ أهمية نظم الاتصال

Y :‏ العلاقة بين الحاسوب ونُظم الاتصال
:۳ التو os SU lg‏ لتكنولوجيا الاتصال
: من الصوتي إلى الرقمي

Y:Y:‏ من الإلكترون إلى الفوتون

a چ سا‎ a «X

YAS

Y :‏ من الخاص إلى العام » ومن التنوع إلى التكامل

: “: 4 من السلبي (أحادي الاتجاه) إلى الإيجابي (ثنائي الاتجاه)
: :2 من الثّابت إلى النقال

من شفرة الإتجليزية إلى الشفرة المتعدّدة اللغات

٤ :‏ تطور الإنترنت

١: E‏ الفكرة المحورية وراء الإلترنت

Y: 4 :‏ التوجهات الرئيسية لتطور الإنترنت

L‏ : تطور تكنولوجيا البرمجيّات

LH‏ تطور نُظم التشغيل

١:1‏ التوسع في مهمات نظام التشغيل
Y:N:‏ تطور لغة UV‏

Y:‏ تطور واجهة التعامل مع المستخدم من حيث الشكل
تطور أساليب اقتناء البرمجيات

١:‏ البرمجيات باعتبارها مكملاً للعتاد
Y:‏ برمجيات وفق الطلب

٠:‏ البرمجيات سلعة

٤ :‏ البرمجيات الجاهزة

:0 أطقم البرامج المتكاملة
الاستقلال عن العتاد

V:‏ البرمجيات خدمة

5-0

Catt

١:‏ البرمجة الاندماجية

: :7 البرمجة التجزيئية

YA.

a a -« a «

~t

د. نبيل علي

doer YY:‏ الهيكلية

: 7 :‏ البرمجة العضوية

íi‏ مسار تطور الصيغ الأساسية للبرمجة

١:5 :‏ البرمجة الخوارزمية

: 5 :”7 البرمجة الاحتمالية

: 5 : ” برمجة الشبكات العصبية الاصطناعية
: 5 : 5 البرمجة الوراثية

oi:‏ البرمجة الأوتومانية

:4 البرمجة باللغات الطبيعية

بعا : تطور تطبيقات تكنولوجيا المعلومات

Y:‏ تصنيف تطبيقات المعلوماتية

Y:‏ مسار تطور تطبيقات الحاسوب من حيث طبيعة التطبيق
۲ تطبيقات معالحة البيانات

۲ تطبيقات معالحة المعلومات

Y : Y‏ تطبيقات معالحة المعارف

:5:37 التنقيب عن المعرفة

۲ توليد المعرفة

۲ محاكاة العالم الواقعي

۲ إقامة عوالم ميكروية رقمية

:8:7 توليد خبرات جديدة

: 7 تطور وسائل زيادة الإنتاجية

١: :‏ المقصود بزيادة الإنتاجية

:۳ أدوات أتمتة المكاتب

Y LY:‏ أدوات برمجية بمعاونة الحاسوب
E Y:‏ الأتمتة الخشنة

55

7 : ه الأتمتة الناعمة

الوكالة الآلية

: :ل جوقة الوكلاء الآليين

: ؛ نظم البحث عن المعلومات

VÉ:‏ البحث في قواعد البيانات الببليوغرافية
:4 :؟ البحث الموضوعي

٠: ٤:‏ البحث في متن النخصوص

CST تصنيف الوثائق‎ 4 : ٤ :

o: :‏ البحث الدلالي

: 4 تطور نظم الذكاء الاصطناعي

١:6 :‏ ذكاء اصطناعى على أسس هندسية

: 6 :؟ ذكاء اصطناعي على أسس رياضية ومنطقية

Y 10:‏ ذكاء اصطناعي Sbu‏ وظائف المخ البشري

: 4:4 ذكاء اصطناعي يحاكي وظائف المخ وبنيته معا

:0:0 من المواجهة بين الذكاء الطبيعي والذكاء الاصطناعي إلى التكامل بينهما

T‏ تطور نظم الترجمة الآلية
V:‏ الترجمة الآلية à AU‏

الترجمة الآلية بنموذج التحويل
zz‏ الترجمة الآلية باللغة الوسيطة
الترجمة الآلية على أساس دلالي
الترجمة الآلية على أساس إحصائي
V:‏ تطور الرابوطيّات

A:‏ الوسائط المتعددة

: الرقمئة

: التشعب التصي

YAY

£

د. نبيل علي

SA:‏ التشعب الوسائطى
:4 الواقع الافتراضي

:9 الموجة القادمة لتكنولوجيا المعلومات
: أمثلة من تطبيقات الواقع الافتراضي

yar

:العلوماتية البيولوجية

f

t

د. Jas‏ علي

اتسع نطاق المعلوماتية وتفرعت مجالاتها وانصهرت تطبيقاتها في كيان المجتمع
الإنساني . وأصبحت تكنولوجيا المعلومات (ت . م.) بلا شك هي”التكنولوجيا الأم)
أو «تكنولوجيا التكنولوجيات»» إن جاز التعبير؛ فقد غدت قاسمًا مشتركا بين جميع
الفروع التكنولوجية الأخرى : من التكنولوجيا العسكرية إلى تكنولوجيا التعليم؛ ومن
الهندسة الوراثية إلى صناعة الثقافة .

وعلاوة على أنها عنصرٌ أساسي يدعم كل التكنولوجيات الأخرى» تنفرد ات . Cg‏
بأنها صناعة قائمة بذاتها من نوع فريد؛ سواء من حيث طبيعة المادة الخام (البيانات
والمعلومات) التي تتعامل معهاء أو طابع السلع والخدمات التي تنتجهاء أو نوعية
الآلات والأدوات الرئيسية المستخدمة في إنتاج هذه السلع والخدمات .

تسعى الدراسة الحالية إلى عرض صورة عامة لتطور المعلوماتية منذ ظهور
الحاسوب ؛ Ube‏ في مجموعة من التوجهات الرئيسية والنقلات النوعية التي طرأت على
الجوانب المختلفة لمنظومة المعلوماتية» التي LG cad‏ هو معهوة ‏ إلى المجالات
الرئيسية الآنية :

Central ؛ ويشمل وحدة المعالجة المركزية‎ Computer hardware الحاسوب‎ ole. Y
. Input / output devices ووسائل إدخال البيانات وإخراجها‎ » processing unit

. Data communication networks البيانات‎ Jai شبكات‎ . Y

“. تكنو لوجيا البرمجيات Software technology‏ .

. Informatics applications المعلوماتية‎ oU. d; . ٤

YAO

slic : Yi‏ الحاسوب

١‏ وحدة المعالجة المركزية

0١‏ تطور عنصر البناء الرئيسي لعتاد الحاسوب

تحتل وحدة المعالجة المركزية موضع القلب في منظومة عتاد الحاسوب. وسيتركز
الحديث فى شأنها حول عنصر بنائها الرئيسى Basic building block‏ ومعمارية
l ETT‏

يدين عتاد الحاسوب لعنصر البناء الرئيسي بقدراته ومستوى أدائه» وبسرعة
تطوره» وما نجم عن هذا التطور من إنجازات تقنية باهرة. يلخص الشكل (V‏ مسار
تطور عنصر البناء الرئيسي» الذي شهد نقلتين نوعيتين رئيسيتين : كانت أولاهما النقلة
من استخدام العناصر الميكانيكية إلى العناصر الإلكترونية ؛ في حين تتمثل النقلة الثانية »
التي توشك أن تحدث . في الانتقال من العناصر الإلكترونية إلى العناصر البيولوجية .

سيليكون دارة متكاملة ترائزستور f‏ أصمام مفرغ
Vacuum f (Transistor Integrated Biosilicon‏
valvi circuit‏

الشكل )+( t‏ مسار تطور عنصر البتاء الرئيسي لعتاد الحاسوب +

أ. النقلة النوعية من العناصر الميكانيكيّة إلى العناصر الإلكترونيّة: بعد أن CA‏
الإنسان في صنع LST‏ البخارية والكهربائية لتنوبا عنه e Eae‏ سعى إلى بناء آلة
lsd‏ عنه (abe‏ . وقد شهد القرن التاسع عشر محاولات عدة لبناء آلة حاسبة
تعمل بعناصر ميكانيكية من التروس ql Es‏ وما شابهها. إلا أن هذه المحاولات لم

YAT

د. نبيل علي
fi‏ بالتجاح لعدم توافر الأسس العلمية ؛ LU‏ أيضًا بسبب التّناقض الجوهري بين
ميكانيكية تلك العناصر وصلابتها من جهة. ورهافة المعلومات وسيولتها المتدفقة من
جهة أخرى . وما إن توافرت a VI‏ العلمية والوسيلة التكنولوجية المناسبة لبناء تلك
الآلة الحاسبة» حتى تحقّق ا حلم المنتظرٌ في نهاية أربعينيات القرن المنصرم» وخرج إلى
الوجود الحاسوب الرقمي Digital computer‏ ثمرة لالتقاء علوم الفيزياء والرياضيات
المنطقية والهندسة الإلكترونية . وقد أدى ذلك بدوره إلى ثورة تكنولوجيا المعلومات؛
صنيعة الامتزاج الخصب لثلاثية alie‏ الحاسوب Hardware‏ « والبرمجيات «Software‏
وشبكات الاتصالات Communication networks‏ . وعلی مدى نصف قرن» ارتقت
هذه التكنولوجيا بصورة غير مسبوقة » عبر سلسلة من النقلات النوعية» لتتوالى أجيال
تكنولوجيا المعلومات ويتسارع معدّل ظهورها وانقراضها . ويرمز إلى هذه الأجيال عادة
بالأجيال الأربعة . ويتضح مما يأتي أن الفيصل فيها كان التغيّر الذي طرأ على عنصر
البناء الرئيسي المستخدم في بناء IS‏ من وحدة المعال جة المركزية والذاكرة .

الجيل الأول :)۱۹٤۸(‏ استخدم الصمام الإلكتروني المفرغ Vacuum electronic‏
valve‏ وحدة البناء الرئيسية لتطوير حواسيب ضخمة يقدر وزنها بالأطنان» وتشغل
صالات واسعة» وتستهلك طاقة كهربائية عالية .

الجيل الثاني (340A)‏ حل الترانزستور Transistor‏ محل الصمام الإلكتروني»
ليصبح الحاسوب أصغر وأكفأ وأسرعء ويقل إلى حد كبير معدل استهلاكه للطاقة
الكهربائية . وهكذاء بدأت الإلكترونيات الميكروية Microelectronics‏ رحلتها المثيرة
غير المسبوقة في عالم التكنولوجيا.

الجيل الشالث )1418( : بدأ استخدام رقائق الدارات المتكاملة Integrated‏
circuits‏ » وأصبحت رقيقة (كسرة) Chip‏ سيليكون واحدة تقوم مقام الكثير من
وحدات الترانزستور والعناصر الإلكتروئية الأخرى من المقاومات والمواسعات
وغيرهاء التى اندمجت بصورة مكثفة ومتكاملة داخل البنية البلورية للرقيقة المذكورة.
ومع زيادة Hg‏ المكونات الإلكترونية» انخفض معدل استهلاكها للطاقة الكهربائية
إلى حد كبير؛ الأمر الذي أمكن معه الاستغناء عن الأسلاك (أو الموصلات الفلزية) التي

YAY

تربط بين هذه المكونات» jon‏ محلها خطوط رفيعة للغاية من التُحاس يجري
تخليقهاء أو طبعهاء بطرق كهركيميائية في الغالب على ألواح الدارات المطبوعة
Printed circuits‏ .

الجيل الرابع (VAY)‏ بشكل عام» لا يختلف هذا الجيل عن سابقه إلا في BUS‏
العناصر الإلكترونية التي أمكن دمجها في رقيقة السيليكون؛ وبلغت عام ١9/4‏ خمسين
ألف وحدة أولية Bit‏ في الرقيقة الواحدة. وقد اصطلح على تسميتها «الدارات المتكاملة
الفائقة الكغافة 3x £ , . (Very Large Scale Integrated Circuits (VLSI)‏ ذلك
بفضل استخدام مواد جديدة ووسائل مبتكرة في تصميم هذه العناصر وتصنيعها وضبط
جودة إنتاجها .

لقد ساد القُطب الأمريكي صناعة الحاسوب عبر هذه الأجيال الأربعة من
عتاده» التي وفّرت Gio‏ حسابية هائلة لم تتمكن البرامج من اسنغلالها . وظلّت الهوة
تتسع بين إمكانات العتاد وقدرة البرمجيات» التي لا تزال حرفة لم تخضع بعد للضبط
المنهجي الدقيق .وكانت تلك هي الفجوة Geen que Miis a‏
هيمنته على تكنولوجيا المعلومات . وجاء الاعتداء الياباني كما وصفه البعض ممن
أصابهم EA‏ في الولايات المتحدة وأوروبا في صورة مشروع طموح مدته عشر
سنوات LO AAT GAY)‏ أطلق عليه اسم مشروع «الجيل الخامس»» وتبوأت فيه
البرمجيات Software‏ موضع الصدارة ؛ gals Hardware stu! Sol ged‏ بصفته Slat‏
تحققهاء لا العنصر الحاكم الذي يفرض عليها خصائصه وقيوده . لم يكتب لمشروع الجيل
الخامس النجاح بسبب الضغوط الهائلة التي مارستها الترسانة الأمريكية لتكنولوجيا
المعلومات من جانب » وبسبب إعتماد البرمجيات على اللغة من جانب أخر . وكما هو
معروف» فإ اللغة اليابانية تشكّل حاجزا منيعًا أمام السيادة اليابانية في مجال
البرمجيات» نظرًا لعدم انتشارها ke‏ وقد استغلت الترسانة الأمريكية عمومًا اللغة
الإنجليزية وانتشارها كأمضى أسلحتها في فرض هيمنتها على صناعة البرمجيات .

بعد الحسار مشروع الجيل الخامس » برزت ملامح الخريطة «الجيومعلوماتية» في
صورة قطبين: أمريكي وآسيوي» يسعى كل منهما لاحتواء الآخر؛ إلى جانب كيان

YAA

د . نييل علي

أوروبي مشترك AW‏ المعلوماتي أحد الأهداف الرئيسية لتكتله الاقتصادي
والسياسي . وقد انعكس هذا الوضع PH‏ في صورة ثلاثة مشروعات أساسية تلت
مرحلة de‏ الخامس ؛ وهي :

. Real World Computing (RWC) المشروع الياباني لحوسبة العالم الواقعي‎ e

High الأداء‎ i JU e ه المشروع الأمريكي لتطوير نظم حاسوب واتصالات‎
. Performance Computing and Communication Program (HPCC)

« المشروع الأوروبي » وتمثله المرحلة الثانية لبرنامج البحوث الاستراتيجي في مجال
European Strategic Program for Research in lL ell wi Js‏
Information Technology (ESPRIT IT)‏ .

تسعى هذه المشروعات الثلاثة إلى دمج الرُوافد المختلفة لتكنولوجيا المعلومات في
وحدة سبرنطيقية Cybernetic‏ متكاملة» تتميع فيها الحدود الفاصلة بين العتاد
والبرمجيات» وبين نظم الحاسوب ونظم الاتصال؛ وهي تهدف Cad‏ إلى إرساء علاقة
أكثر سلاسة بين الإنسان والآلة» وإلى تطوير تلك العلاقة على نحو يصبح معه الحوار
Gitu y Cub legis‏

مما سبق» يتضح أن عتاد الحاسوب يدين بتصغيره ‏ أساسًا إلى اختراع
co pee pl ll‏ وما أدى إليه من تطور فى مجال الدارات المتكاملة . ومرة أخرى يعيد
التاريخ نفسه؛ فيواجه الديناصور الإلكتروني الثقيل والبطيء المصير نفسه الذي لاقاه
نظيره البيولوجي من قبله» الذي انقرض ليأخذ مكانه الأصغر والأسرع» ويتقلص
حجم الحاسوب من الماكرو إلى الميني فالميكرو ثم الثانو؛ حتى استقر به المقام أخيرا
ليصبح في حجم ; à!‏ اليد Palm-top computer‏ .

لا يتطلب التصغير اللامتناهى استحداث مواد جديدة لبناء الرقائق الإلكترونية
حب بل باع Shay isa lal JCal‏ لتصميفها وتصيعها Ua shat)‏
Packaging Lalas,‏ . ويقصد بالتغليف هنا تهيئتها للتركيب في الدارات الإلكترونية
الأكبر . ويتطلب تصنيع هذه المكونات الدقيقة للغاية راا ا بالغة الدقّة في
ely‏ المصنع (المسبك الإلكتروني) من حيث معدلات الاهتزاز» وتعقيم جو العمل ضد

Yas

نفاذ الأتربة ومصادر تلوث الهواء الأخرىء والتقليل قدر الإمكان من التدخل البشري
تحقيقًا لدرجات عالية من الدقة؛ وذلك من خلال الأتمتة الشاملة أو شبه الشاملة لجميع
مراحل التصنيع . وهو الأمر الذي جعل تكنولوجيا تصنيع عتاد الحاسوب حكرا على
عدد محدود للغاية من كبرى الشركات المصنعة .

يمكن القول إن تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة تعيش حتى وقتنا هذا في عصر
السيليكون. وهي المادة الصلدة غير الموصلة للكهرباء بصورتها التقيّة» التي ُختزل من
SL‏ وتُرشّح من الشوائب لدرجة عالية من النقاوة» ليعاد بعد ذلك تلقيح بلوراتها
النقية بشوائب فلزية (كعناصر موصلة للكهرباء «(Conductors‏ تُورّع في bul‏
محددة» لتحاكي بنية أشباه الموصّلات للكهرباء » كما في الترانزستور والعناصر
الإلكترونية الأخرى» التى تشكل من خلالها خلايا الذاكرة الإلكترونية أو الذارات
النطقية . وهي التي LS‏ العمليات الحسابية داخل وحدة المعالجة المركزية . وبذلك
تتحول عملية معالجة المعلومات إلى حركة للإلكترونات خلال المسالك الدقيقة التي
يجري «شقها»» أو بصورة Gol‏ نقشهاء خلال رقائق السيليكون. وكلما زادت سرعة
Lud‏ (حركة الإلكترونات)» زادت الطاقة الحركية التي تشع في النهاية بصورة طاقة
حرارية . وكما هو معروف» يتدهور أداء الرقيقة الإلكترونية مع ارتفاع درجة الحرارة ؛
إلى أن يصل إلى الحد الذي chee‏ معه قيامها بمهمتها. ويذكرنا هذا بالحاجز الحراري
C Thermal barrier‏ الذي اصطدمت به صناعة الطائرات التي تطير بسرعات أعلى من
سرعة الصوت Supersonic‏ في الماضي . إنه الحاجز نفسه الذي يقف اليوم عائقًا أمام
تطوير الحاسوب ذي السرعة الفائقة . وكما أتى الحل في حالة طائرات (السويرسونيك)
EEO Med d‏

لفائقة السرعة إلى استخدام مواد جديدة ذات موصلية فائقة «Superconductivity‏
ل Cee‏ ؛ ومن ثم تقل إلى درجة كبيرة الحرارة
الناشئة عن الحركة السريعة للإلكترونات داخل الرقيقة still aay,‏ حاجتها oll‏
وسائل تبريد معقدة ذات كلفة عالية ؛ لأنها لا تكتسب خاصية Qs gli‏ الفائقة تلك إلا
عند درجات حرارة منخفضة LAU‏ «قريبة» من درجة الصفر المطلق YVY)‏ درجة
سلسيوس تحت الصفر). وقد جح العلماء أخيرا في التوصل إلى مواد تعمل في جو

د . نبيل علي

«أدفأ»» قريب من ١5١‏ درجة سلسيوس تحت الصفر X dl].‏ ما زالت مستمرة
للوصول إلى درجات حرارة أعلى فأعلى . (المحرر)]

(ب) النقلة Aye gill‏ من العناصر الإلكترونية إلى العناصر البيولوجية : إن
السرعة التي يمكن تحقيقها من خلال الفيزياء اقتربت من حدودها العليا؛ ولا أمل في
تحقيق القفزات المطلوبة إلا بطرح الفيزياء جانبًا واللجوء إلى البيولوجيا. وهو العلم
الذي دانت له خبرات عظيمة عبر العصور الجيولوجية الممتدة في تطوير آلات لمعالجة
BU aL lal‏ ف eS‏ والتعقيد يدم تمن تراه E TIL‏ بالخ البشري؟ PU‏
آلات معالجة الرموز.

يبدي علماء الحاسوب Cte‏ اهتمامًا متزايدا بالبحث عن عناصر بيولوجية ثنائية
الحالة 81-51216» تصلح لاستخدامها عنصرالبناء الرئيسي لحواسيب إلكترونية تُبنى
وحدة معالجتها المركزية وذاكرتها من رقائق هذه العناصر . ويفكر البعض في المزج بين
العناصر البيولوجية والعناصر السيليكونيّة؛ فيما يعرف Ce‏ بتكنولوجيا
البيوسيليكون 8105111000 . ومن المتوقع أن تفتح العناصر البيولوجية» الثلائية الأبعاد
بطبيعتهاء الطريق إلى تطوير دارات إلكترونية ثلاثية الأبعادء ذات سرعة هائلة» ومعدل
منخفض جد لاستهلاك ASUS‏ وتصغير Gib‏ للغاية Ultra-miniaturization‏ کن
أن يصل إلى مليون بليون عنصر في السنتيمتر المكعب الواحد. إن التقاء تكنولوجيا
العلومات مع التكنولوجيا البيولوجية te‏ التقاء pte is Cake‏ على مستوى العنصر
الميكروي المادي لا يناظره ‏ في رأي الكاتب_إلا التقاء البرمجيات» على المستوى
الماكروي اللامادي» مع الفلسفة وعلوم المعرفة L‏

لقد تأهبت تكنولوجيا المعلومات للقاء علم البيولوجياء كما تأهب هو للقائها. فمن
جانبه» يلوذ علم البيولوجيا Molecular biology zl‏ الحديث بالنهج المعلوماتي
ليعينه على كشف أسرار الجينات ولغتها ونصوصها الوراثية الكامنة في كروموسومات
نواة الخلية . أما تكنولوجيا المعلومات» فتصبو من جانبها إلى محاكاة الوظائف
البيولوجية واستخدام الآليّات الوراثية » خاصة فيما يتعلّق بمحاكاة آليات التكيف مع
البيئة المحيطة ؛وهي السمة الفريدة التي اكتسبتها الكائنات البيولوجية عبر ملايين
السئين . إن هذا التكيف التلقائي مع البيئة يعد خاصية أساسية في إكساب الحاسوب

القدرة على التعلّم الذّاتي . وهكذاء ولأول مرة في تاريخ البشرية؛ أمكن للتكنولوجيا أن
تجمع بين الفيزيائي Ped‏ في عتاد الحاسوب. ay‏ الملتمتل في
البرمجيات» والحيوي المتمثل في استخدام العناصر البيولوجية في بناء عتاد الحاسوب
وتطوير برمجياته . وللحديث بقية في الفقرات القادمة .

١1‏ تطوز معمارية بناء الحاسوب

يلحم (Y) JS AN‏ مسا تطوربناء yell‏ الذى يكن ايجار فن اة
النقلات النوعية بين المراحل الآنية : l‏

استغلال فانض الحوسية

mM
المعحالجة وقواعد البيائاث‎

Distribution of process-
ing and data bases

Utilization of spare

معالجة
مركرية وذاكرة مركزية

Centralized
processing and memory

computing resources

محاكاة بنية المخ اليشري Amica‏ متوازية
(الثموذج الشبكي)
Brain-like machine‏
{Network model)‏

Parallel processing

الشكل (Y)‏ : مسار تطور معمارية بناء الحاسوب.

أ معالجة مركزية وذاكرة مركزية: قامت معمارية بناء الحاسوب على أساس
النموذج المركزي الذي وضعه مهندس الحاسوب الأول» العالم المجري جون فون
نيومان. وهو النموذج المعروف باسم «آلة فون machine‏ 0 الذي يرتكز على
مبادئ أساسية عدة» هي: مركزية وحدة المعالجة التي يعمل الجميع تحت
سيطرتها» ومركزية الذاكرة الوحيدة ذات الخانات الثابتة الطول التي يتنافس الجميع على
شغلها . ويقصد بمركزية المعالجة أن ثمة آلية حوسبة وحيدة تقوم بتنفيذ تعليمات البرامج
واحدة تلو الأخرى» فى تسلسل رتيب لا فكاك منه؛ وإذا تطلب أي من هذه التعليمات
التعامل مع mo‏ البيانات» فإن تناول هذه العناصر يتم بالأسلوب التتابعي
نفسه : rae‏ تلو آخر ced.‏ بحق نظام مركزي صارم لا يسمح بتنفيذ أكثر من عملية

Y-Y

د . نبيل علي

واحدة في الوقت ذاته . Le Ss‏ نسمع عنه من OUS]‏ تنفيذ برامج عدة أو مهمّات
برمجية بالتوازي» من خلال ما يعرف بأسلوب البرمجيات والمهمّات المتعددة
«Multi-programming and multi-tasking‏ ماهر NI‏ نوع من الخداع الهندسي
يضفي على UY‏ التتابعية في صميمهاء توازیا Apparent concurrency G „alb‏ )431
مصطنعة Artificial simultaneity‏ . وتفسير ذلك أن مجموعة المهمات البرمجية
المطلوب تنفيذها Co‏ تقتسم ذاكرة الحاسوب» وتدور عليها وحدة المعالجة المركزية
بصورة متتابعة ؛ لتعطي كلاً منها ae‏ من الوقت تتفرغ خلاله الوحدة المذكورة لخدمة
هذه المهمة البرمجية دون غيرها. وتستمر هذه الدورة إلى أن LES‏ جميع المهمّات
البرمجية؛ ليبدو AMI‏ ظاهريًا ‏ وكأن وحدة المعالجة المركزية قامت بمهماتها بصورة
متوازية.

هذا عن مركزية وحدة ELA‏ أما مركزية الذاكرة» فيقصد بها أن جميع البرامج
المطلوب تنفيذهاء وكذلك البيانات المغذاة إليها والمستتخرجة منهاء لا بد من أن تمر من
خلال الذاكرة المركزية ؛ بمعنى آنه لا توجد عناصر ذاكرة محلية لكل برنامج على حدة.

thy‏ على ما سلف » فإن السؤال الذي يطرح نفسه هنا هو: كيف LVF‏ الآلة-
بالرغم من بساطتها الظاهرة- هذه القدرة الهائلة؟ إن سر قوتها يكمن في سرعتها التي
تعوض قصورًها (المهارة عوضًا عن الذكاء) . وقد سادت هذه الفكرة Cu‏ طويلاًء إلى
أن أيقن الجميع أن القوة الغاشمة ليست بديلاً عن الذكاء» وأنّه لا يكن تحقيق ذلك إلا
بإعادة التظر في «آلة to à‏ من أساسها .

ب المعالجة المتوازية: مع ارتقاء تطبيقات المعلوماتية وتعقّدهاء ei»‏ سيان E‏
فون «عنق زجاجة» يحول دون تحقيق السرعات المطلوبة لهذه التطبيقات . ولم يحد هذا
GLE‏ من الأداء حَسب؛ بل جعل كذلك من تنفيذ مهمات التطبيق e‏ في كثير
من الأحيان عملية مستحيلة . فهنالك الكثير من التطبيقات التي تتطلب الاشتباك مع كم
هائل من البيانات فى الوقت ذاته . فلا يمكن على سبيل SUM‏ تصور إمكان محاكاة
Computerized vision (esr ssec) Leelee 45 JI ex‏ لعملية الإدراك
البصري» ذات الطابع الجشتالتي؛ من خلال معالجة متلاحقة تتناول تفصيلات

۲

الأشكال نقطة تلو الأخرىء أو سمة وراء سمة. أو موضعا بعد موضع. pbb].‏ الرؤية
الاصطناعية تحتاج إلى توازي الكثير من العمليات الحسابية لتمييز الأفاط والأشكال
ومقارنئها؛ بحيث يكن إدراك العالم المرئي بصورة طبيعية أو شبه طبيعية . Úi.‏ مثالّنا
الآخر لضرورة المعالجة المنوازية فإنّنا نستقيه من مجال معالجة اللغات الطبيعية N‏
وتحديدا من نظم الفهم aal, JV‏ النُصوص es‏ إلى
محاكاة الآليات الذهنية المعقدة المرتبطة بعملية الفهم . مم أنها أبعد ما تكون عن التلاحق
الميكانيكي . فهي ‏ بحكم طبيعتها i wal eee m‏
والصرفية والمعجمية والنحوية والدلالية» وتتشابك هذه القرائن مع الجوانب البلاغية ؛
بل مع ما هو خارج اللغة أيضا من أمور المقام الذي يجري فيه الحدث اللغوي . علاوة
على هذه الأمثلةء ثمة الكثير من التطبيقات التي تحتاج إلى طاقة حاسوبية هائلة ؛ أو إلى
حاسوب ذي سرعة فائقة » كتلك الخاصة بإجراء الحسابات من أجل حل عدد هائل من
المعادلات ÉY‏ والتفاضلية» أو تلك الخاصة بمحاكاة النظم البيئية والتفاعلات الكيميائية
والعمليات البيولوجية .

إن التوازي خاصية أصيلة؛ سواء بالنسبة إلى الظواهر المادية المعقدة» أو عمليات
الإدراك المعرفي المتداخلة . ولكي يكون الحاسوب Hah‏ أكثر فاعلية للسيطرة على التعقّد
ووسيلة لمعالجة المعرفة بصورة أقرب إلى cell JI‏ لا بد له من أن يتتخلص من آفة المركزية
والتلاحق التي وصمت «آلة فون».

في ضوء ما سبق وبالرّغم مما قد يبدو Voc or‏ أحفاد فون نيومان لديهم من
المسوغات القوية ما يفرض عليهم التخلص من أسر «آلة فون» والاستعاضة عنها با
أطلقوا عليه اسم «آلة لافون 071089708 التي تقوم على أساس إحلال التوازي بديلاً
عن التلاحق واللامركزية . ب يتحقق ذلك من خلال بناء حاسوب تتوزّع فيه وحدة المعالجة
المركزية فى صورة شبكة من المعالحات الميكروية Microprocessors‏ المتوازية ؛ بحيث
تتنافس RR‏ مشتركة واحدة cSharable memory‏ أو تشترك فى
CNN‏ ا ل
هذه الشبكة المتوازية بذاكرته الخاصة به.

د . نبيل علي

بقول آخرء يعتمد أسلوب المعالجة المتوازية في زيادة طاقة الحوسبة ‏ أساسا ‏ على
تعد الموارد التي يُقسم الحمل الحوسبي عليها؛ وذلك من خلال توزيعه على عناصر
مصفغوفة المعالجات الميكرويّة المحوازية . وهو الأمر الذي يتطلب نوعا من البرمجة
المتوازية» التي يتحقّق من خلالها الفصل بين الخطوات الممكن تنفيذها بالتوازي وتلك
التي يجب تنفيذها مركزيا.

ج - توزيع المعالجة وقواعد البيانات: أدت المركزية الصارمة التي فرضتها «آلة فون»
بدورها إلى مركزية معالجة المعلومات داخل المؤسّسات؛ وأصبحت نظم المعلومات
تحت سيطرة التكنوقراط من المبرمجين» ومصممي النظم» ومشغلي نظم الحاسوب
والاتصال . وهو الوضع الذي آدى إلى تهميش دور المستخدم الحقيقي
للمعلومات» وكان_بلا شك_أحد الأسباب الرئيسية وراء النتائج المتواضعة التي
حققتها نظم المعلومات خلال مراحلها الأولى في معظم المجالات» إلى حد التشكيك
في جدوى استخدام الحاسوب . وللتخفيف من وطأة المركزية ha Call‏ ظهرت إلى حيز
الوجود es‏ المعلومات الموزّعة Distributed systems‏ . وساعد في نشأتها ظهور
الحاسوب المصغر (ذي الحجم الصغير) Minicomputer‏ وتواقر نظم JUNI‏ عبر
BL‏ البيانات بين الحواسيب الموزّعة Cl e‏ . وبلخت التوزيعية مداها بظهور
الحاسوب الميكروي «Microcomputer‏ الذي أرجع للحاسوب أهليته؛ بعد أن

اتتشرت GAL‏ وانصهرت تطبيقاته في جميع أرجاء المنشأة» من أدنى مستويات
التنفيذ إلى أعلى طبقات الإدارة .

استتبع توزيع did‏ العلومات Cil im‏ توزيع قواعد البيانات Cu‏ ليظهر ما يعرف
بقواعد البيانات الموزعة «Distributed databases‏ وما ارتبط بها من وسائل C‏
للبحث عن المعلومات من مصادر ide‏ مورّعة جغرافيا.

وعلى الرغم من حسم المعركة لصالح المركزية » فهنالك على ما يبدو مركزية من نوع
جديد تلوح في الأفق» وذلك نتيجة انتشار الإنترنت Internet‏ والإنترانت
Intranet‏ . وتقوم المركزية الجديدة على أساس الثنائية المعروفةٍ باسم ys JU‏ مقدم
الخدمة (Client-server‏ . وتتمثل في نخادم Server d$»‏ يقدم الخدمات» "T‏

Yro

مهمة التعاقد مع قواعد البيانات؛ ويرتبط به حاسوب المستخدم النهائي «Client‏ الذي
يستجلب الخدمات ويسترجع المعلومات من الخادم حسب الطلب . لقد ضحى
المستخدم النهائي» في ظل الثنائية المشار إليهاء بحيازته المباشرة للمعلومات والبرامج ؛
مقابل امتلاكه القدرة على النفاذ إلى عدد هائل من مواقع تقديم خدمات
المعلومات» التي يعمل كل منها-إذا نظرنا إليه منفردا على أساس مركزي .

د محاكاة بنية المخ البشري: يؤمن الكثيرون من مهندسي معمارية الحاسوب OL‏
هذه الآلة الفريدة لا يكن لها أن تتخلّص من غشم الآلة الصّماء إلا إذا بنيت بصورة
تحاكي بنية المخ البشري. ولا يقصد بذلك محاكاة هذه العجينة الرمادية ذات بلايين
الخلايا العصبية ؛ وَإِنّما القصود هو اقتراض بعض السمات الأساسية للمخ البشري ألا

وهي :

« البناء الشبكي المتعدد المستويات .

« توزيع الوظائف على عدد من المراكز اللتخصّصة التي تتفاعل مع بعضها بعضاء
أخذا وغطاء.

ه التتغاضي عن الطفيف والشارد من أجل التركيز على الجسيم والمتواتر.

وال aa‏ د لجار كني al an at‏ العا
أو الاختناق.

Y Associative memory, استدعاء المعلومات من الذاكرة بأسلوب الداع‎ e
للبحث عن البيانات» من خلال معرفة العنوان؛ أي الموضع‎ Oe بالأسلوب المتبع‎
الذي تكون البيانات مخزنة فيه في خلايا الذاكرة. ويشل أسلوب التداعي إحدى‎
القدرات الأساسية لني تيز الذاكرة البشرية . ويقصد بالتداعي هنا أن البحث عن‎
معلومة معينة يكن أن يتشعب إلى البحث عن معلومات أخرى ذات علاقة بالمعلومة‎
وذلك من خلال تتبع علاقات التكافؤ والتقابل والتشابه‎ ee الأصلية مدخل‎
والتناقض والتلازم والتعالق والاشتمال والعلة والأثرء وسواها من التداعيات التي‎
بغيرهًا:‎ Ro glall هذه‎ by 5

Y

دء Jus‏ علي
برمجة الشبكات العصبية الاصطناعية «Artificial neural net programming‏

والبرمجة t Genetic coding 41) Ji‏ وهو ما سنتناوله بمزيد من التفصيل في الفقرتين
Y:t:Y‏ و” :£:£ من هذه الدراسة.

ه ‏ استغلال فائض الحوسبة: من المعروف OF‏ معدل استخلال عتاد الحاسوب JA.‏
نسبة ضئيلة من الوقت ال متاح . بقول آخر» ثمة فائض هائل من طاقة الحوسبة غير
المستخدمة . ومع انتشار الإنترنت» التي ربطت بين عناصر عتاد الحاسوب المنتشرة
CL ae‏ يفكر البعض EI‏ في استغلال هذا الفائض لتشكيل «حاسوب CBU‏
موزع. يمكن أن يشارك الكثئيرون في استخدامه . di]‏ نوع من «التضامن الرقمي»؛ إن
جازالقول» على أساس مبدأ المشاركة في الموارد .

١‏ وسائل إدخال البيانات وإخراجها

٠‏ تطور وسائط تخزين البيانات

وسائط بيولوجية وسائط ضوئية وسائط مغناطيسية
Magnetic media Optical media Biological media‏

الشكل (Y)‏ : مسار تطور وسائط البيانات.

يوضح الشكل (T)‏ سلسة النقلات النوعية التي طرأت على وسائط تخزين
البيانات . وتتلخص في النقلات بين الوسائط الآنية :

1 الوسائط المغناطيسية: حتى وقت قريب » سادت الوسائط المغناطيسية وسائط
تخزين البيانات» سواء فيما يخص الوسائط الثابتة كالأقراص الصلدة gitHard discs‏
الأقراص غير الثابتة Floppy discs‏ وشرائط الكاسيت والرقائق المغناطيسية» كتلك
التي als‏ ببطاقات الائتمان وما شابهها. وتتميز الوسائط المغناطيسية بالسهولة النسبية

لعمليات التسجيل» وإمكان المسح والتعديل وإعادة التسجيل بصورة غير محدودة
تقريبًا. غير أن ما يعيب الوسائط المغناطيسية سعتها المحدودة انسبيا»» والارتفاع

النسبي لكلفة معَدات الإدخال والإخراج التي تتعامل معها.

ب الوسائط الضوئية : تركّزت جهود التصغير اللامتناهي - أول ما تركزرت على
عناصر العتاد الخاصة بوحدة المعالجة المركزية وعناصر الذاكرة؛ ولم تنل معدات تخزين
البيانات من أشرطة وأقراص ممغنطة نصيبها من ذلك إلا لاحقًا. وبالرّغم من الجهود
الهندسية لتصغير هذه المعدات لتتلاءم مع مطالب الحاسوب الشخصي.ء OP‏ سعة
تخزين البيانات ظلّت محدودة )5 بالطبع)» وذلك بسبب القيود الفيزيائية الكامنة
في الوسيط المغناطيسي . وجاءت النقلة النوعية بظهور الوسائط الضوئية Optical‏
«media‏ كالأقراص المدمجة Compact disks (CDs)‏ ذات السعة الهائلة في تخزين
البيانات OL.‏ فرصا Cos o‏ واحدا لا تتعدى كتلته غرامات قليلة وقطره VY‏ ستتمتراً
يكن أن [oS‏ عليه المادة الكاملة ل ٠٠٠١‏ كتاب بحجم القرآن الكريم . ويتوقع
الكثيرون أن تتضاعف هذه السعة مرات عدّة على مدى السنوات القليلة القادمة» وأن
يصبح الوسيط الضوئي هو وسيط حفظ المعلومات.

تتميز الوسائط الضوئية بانخفاض الكلفة؛ سواء تلك الخاصة بالأقراص الضوئية
نفسهاء أو بمعدات الإدخال والإخراج التي تتعامل معها. لكن يعيب هذا النوع من
الوسائط البطء النسبي في استرجاع المعلومات؛ علاوة على استخدامها في الغالب -
لغرض القراءة منها فقط من دون الكتابة عليها. وقد ظهرت في الآونة الأخيرة وسائط
ضوئية يمكن الكتابة عليها مرة واحدة ليس غير .

لقد حلت الوسائط الضوئية مشكلة أساسية في نظم المعلومات » ونقصد بها مشكلة
سعة التخزين» لتظهر مشكلة أكثر صعوبة؛ ألا وهي كيفية استرجاع المعلومات من هذا
الكم الهائل من البيانات الذي أصبح EL‏ بعد ol‏ أمكن تخزينه في هذا الحيز الصغير
للغاية. لم تعد المشكلة؛ إِذَاء هي وسيط التخزين؛ وإغا آليات البحث التي باتت في

د. ثبيل علي

il‏ الحاجة إلى 5 تصميم أدوات برمجية ة ذكية من أجل «الملاحة» المعلوماتيةء تهدي
الباحث إلى sí‏ قصر الطرق في آليات رحلة Mo lon!‏ عبر بحار البيانات_ بل قل
محيطاتها ‏ ليصل إلى غايته في أقل وقت ممكن» وبأعلى درجة ممكنة من دقة التصويب

ج ‏ الوسائط البيولوجية : eZ JU‏ من طاقة التخزين الهائلة للوسائط الضوئية؛ OB‏
وسيط تخزين المعلومات -مثله مثل عنصر البناء الرئيسي لوحدة مععالجة المعلومات أو
ذاكرة الحاسوب - يتجه CI‏ هو الآخر إلى استخدام العناصر البيولوجية . إن الفكرة
المحورية وراء ذلك SS‏ في أن الخلية الحية اللامتناهية الصغر عنصر ذو قدرة فائقة
للغاية على تخزين البيانات ؛ ويكفي هنا أن نشير إلى OF‏ كل خلية من خلايا الكائن
البشري تتضمن LCS‏ النص الوراثي الكامل (الجينوم) المكون من ٠١‏ بليون حرف . لقد
أغرى ذلك مهندسي الحاسوب لاستعمال هذه العناصر البيولوجية وسائط لتخزين
البيانات eas Ole lis‏ فتحا Wu‏ لتطوير حاسوب فائق الصغر ذي قدرة
هائلة على التعامل مع كم هائل من الببانات؛ وهي الخاصية التي سادت مع زيادة تعقّد
الأدوات التي يبتكرها الإنسان للتعامل مع هذه الظواهر de‏ ذغلن سبيل القالب
حجم البيانات التي يجب أن يحملها أو يستقيلها إنسان آلي ميكروي (فائق 33 الصغر)
نريد أن نبعث به إلى موضع معيّن داخل جسم كائن حي لينقل إليه رسالة علاجية» أو
يقوم lage‏ تشخيصية أو جراحية دقيقة .

١‏ تنوّع وحدات الإدخال والإخراج

أ وسائل إدخال النصوص وإخراجها

كان إدخال البيانات من لوحة المفاتيح . وإظهار النتائج جم على الشاشة المرئية وآلة
الطباعة» لي و bau m‏
i peor‏ وظهرت بعد Am‏ الضوئي للنصوص Optical Character‏
Readers (OCR)‏ »التي GRE‏ من قراءة النصوص OT‏ 9 وبذلك» يكن الاستغناء عن
العملية المكلفة لإدخالها يدويا.

بوس ائل SL}‏ الأشكال وإخ راج ها

Jos‏ الأشكال باستخدام الماسحات الضوئية Scanners‏ وتخرج على الراسمات
5 أو الطابعات (الراقنات) Printers‏ . هذا عن الأشكال o a M‏ الثنائية
الأبعاد. أما فيما يخ ص الأشكال المجسمة الثلاثية الأبعاد» فقد استُخدمت تكنولوجيا
التشكيل المجسم Holography‏ لتوليد أشكال ثلاثية الأبعاد تبرز من شاشة
العرض المسطحة. وطّبقت بالفعل لتوليد ما يعرف ب الرؤوس Speaking LIS‏
5 التي تمثل ثورة حقيقية في مجال عقد المؤتمرات عن بعد ؛ أو ما يسمى أحيانًا
»| | الحضور Transmission of presence‏ :

ج - وسائل اختيار موضع الشاشة

يحتاج المستخدم في كثير من الأحيان إلى اختيار موضع معين من الشاشة . ويتحقّق
ذلك Gj‏ باستخدام وسائل التحديد الموضعي Pointing devices‏ » مثل القلم الضوئي
s Light pen‏ أو بالفأرة Mouse‏ التي شاع استخدامها بكثرة لسهولته .

د وحدات التعامل مع الكلام البشري

لكي يصبح تفاعل الإنسان مع الآلة ak‏ يجب إسقاط جميع الحواجز التي
تفصل بينهما؛ وذلك uale do‏ من لوحات المفاتيح والطابعات والشاشات
المرئية » ليصبح الحوار بينهما مباشرا من خلال الكلام العادي . يعني ذلك أن يصبح
الحاسوب قادرا على تمييز الكلام المنطوق 4.435 Automatic speech Cl‏
recognition and understanding‏ إلى جانئب النطق ta‏ أي توليد الكلام C‏
Speech synthesis‏ . وينطوي ذلك على تحديات تقنية كثيرة» سواء على مستوى العتاد

أو البرمجيات؛ وكذا الأمر بالنسبة إلى البحوث في المجالات اللغوية والنفسية» وفي
هندسة معالحة الإشارات Signal processing‏ . إن D‏ الفهم py oul‏ المنطوق
يتعين ele‏ ابتخلاض مهمون الرشالة المنطوقة من وط إشارة صبوتية e‏ بالتغير
ally‏ والتشوش TER‏ ويعتريها الحذف والمط وتأثير اللكنة واللهجة» tis‏ فيها
الأصوات وتتداخل فيها الكلمات وتقتضب التعبيرات . أضف إلى ذلك OF‏ على BY‏

Tt:

د. das‏ علي
أن تفهم قصّد من تحاوره؛ وتتكيف مع لوازم كلامه؛ وتتغاضى عن أخطائه
الطفيفة . وبالرغم من كل هذه الصعوبات. Toth‏ محاولات جادة لتطوير نُظّم لتمييز
الكلام وفهمه CT‏ من أهم تطبيقاتها طابعة تعمل بالإملاء .

وكما Xe‏ للحاسوب أن يفهم PUSH‏ السموع» يمكنه أيضًا توليد الكلام المنطوق؛
أي قراءة النصوص C‏ بتحويلها إلى مقابلها المنطوق . ويتزايد استخدام هذه النظم
لقراءة البريد الإلكتروني» التي باتت تمثل Te‏ بالنسبة إلى كثيرين Cay Cee‏ إلا أنه
e‏ يعيب الكلام COT Ju‏ أنه غير طبيعي ؛ أي رابوطي Robotic‏ بيد أنه من أجل
تحسين خصائص ذلك eSI‏ يطعم But LIL‏ الثبر والتنغيم وتحسين أداء الآليات
الفونيتية Phoenetic‏ التي تركب الكلام المنطوق .

ه ‏ وحدات محاكاة الحواس الإدراكية

ez Ju‏ من كل ما أسلفناه» فإن وسائل التعامل مع الحاسوب ما زالت في مرحلة
بدائية للتعامل مع الرموز. ولا شك في أن التفاعل بين الإنسان والآلة يتجاوز هذه
الوسائل البسيطة لكي يصبح أكثر طبيعية . فعلى سبيل المثال» إضافة إلى الحوار المباشر
من خلال الكلام »تعد اليد البشرية من أكثر أدوات الإنسان مرونة وقدرة على
التعبير. إلا أنّالحاسوب لايزال عاجرا عن فهم «همس) الأنامل وهي تلمس
برقّةء و«صياحها؛ حين تضغط بشدة» وحركة أصابع اليد حين تشير وتنذر» وقبضتها
حن تتكور لتهدد أو تنبسط لترحب .ومن أجل Ax ee‏ الأيادي «Hand language‏
صممت ففازات ذكية ذات مجسات ووسائل ضوئية حساسة تعمل أداة وصل لإحداث
التفاعل الفوري مع الآلة. ولا يقتصر الأمر على اليد؛ بل يمتد إلى أعضاء أخرى من
الجسم . فهنالك محاولات تجري لكي تتجاوب الآلة مع حركة الرأس والشفاه
والأعين؛ بل مع حركة الجسم كله CA‏ وأصبحت وحدات التفاعل مع الآلة تشمل
النظارة والخوذة ورداء البيانات الكامل Data suit‏ ذا المجسات الحساسة لربط أعضاء
الجسم مع الآلة .

وي وحدات طرفية بيولوجيه

مع ازدياد تعزيز الجسم الإنساني بوسائل إلكترونية تعويضية أو لتحسين قدراته

YA!

البيولوجية»يتنامى الاهتمام CU‏ بتطوير وحدات إدخال وإخراج بيولوجية
حساسة «Biosensors‏ يمكن أن تلتقط درجة حرارة الجسم وضغط الدم وأزوجته
وسرعة تدفقه» بل حتى نسبة الدهون فيه ؛ وذلك من أجل إيصال البيانات المتعلقة بها
إلى الوسائل الإلكترونية التي تتحكم في الأعضاء الفسيولوجية أو الحركية المختلفة»
bits‏ دقات القلب. والأطراف الصناعية الذكية التي تقترب حثيئًا من حيث
قدراتها من الأعضاء الحيوية. |

1Y

د. نبيل علي

ثانيًا: شبكات نقل البيانات

VY‏ أهمية نظم الاتصال

الإنسان كما قيل ‏ كائن اتصالي؛ ولا تقوم للمجتمع الإنساني قائمة من دون نظام
للاتصال . فقد عد الانّصال من جانب البعض شرطا من شروط بقاء البشرية . إن تاريخ
البشريّة» من عصور نقوش الأحجار إلى عصور بث الأقمار» يكن رصده بالتوازي مع
تطور وسائل الاتصال التي تربط بين الأفراد والجماعات . ويشهد هذا التاريخ على أن
الاتصال كان دومًا وراء كل وفاق وصراع؛ فكلاهما كما ورد في ميثاق منظمة
اليونسكوينشأ ابتداء في عقول البشر Sy.‏ ما نسمع عنه من أمور العولمة وصراع
الحضارات يرجع في كثير من جوانبه إلى à LE‏ العارمة التي أحدثتها تكنولوجيا
المعلومات في مجال الاتصال. لقد اندمجت أركان المعمورة مع بعضها بعضًا عبر
الكبول الأرضية والبحريّة» والألياف الضوئية» وأشعة الميكروويش› ودارات الأقمار
الصناعية . ووصل الأمر إلى ا لحد الذي توقع معه البعض حدوث «أزمة مرور» للأقمار
الصناعية» التى تزاحمت فى ارتفاعها oot‏ بالنسبة إلى الأرض ‘Geostationary,‏
بصورة يخشى معها تداخل موجات إرسالها D].‏ هنالك ما يزيد على ٠٠١‏ قمر صناعي
تدور في فلك الأرض .ما بين عسكرية ومدنية» وعلمية وإعلامية؛ Ley‏ بین أقماز e.‏
غير المباشر عبر المحطات الأرضية» وأقمار للبث المباشر تبعث برسائلها من دون وسيط
إلى مستقبليها في المنازل والمكاتب والمقاهي والنوادي. a‏ . إلخ . لقد فقد المكان سؤدده
القديم»وأصبح البعيد وشاسع البعد متاحافي متناول أيدينا: نشاهده»
ونحاوره» ونتجسمه؛ نؤثر فيه ونتأثربه. وهكذاء الحقت Aio‏ «عن بعد» بالكثير من
الأنشطة والأعمال: من التسوق عن e‏ إلى ple‏ عن nt‏ ومن إجراء العمليات
الجراحيّة عن بعد إلى إصلاح الأقمار الصناعية عن بعد.

۲ العلاقة بين الحاسوب ونظم الاتصال

يتجاوز دور تكنولوجيا الاتصال كونها عنصرا HAS‏ لتكنولوجيا الحاسوب إلى دور
الشريك الكامل لها. فقد وصل الأمر إلى حد التساؤل: هل نواجه حاسويًا إلكترونيا

viy

يرتبط بالعالم الخارجي عبر شبكة اتصالات؟ آم شبكة اتصالات ترتبط بها حواسيب
إلكترونية ضمن معَدات إلكترونية أخرى» مثل : أجهزة الهاتف والناسوخ وآلات
تصوير المستندات وخلافها؟ من زاوية أخحرى» يُمكن أن نتساءل: من صاحب الكلمة
العليا؟ gal‏ منتج المعلومة أم موزعها؟ مع تنامي LEYI‏ نحو تحول المنتج المعلوماتي من
سلعة إلى خدمة » ستزداد أهمية الاتصالات ليتوارى منتج (مولّد) المعلومة ؛ كما توارى
من قبله مُولّد القدرة الكهربائية في شبكة توزيع الكهرباء التي أصبحت الواجهة التي
يتعامل معها المستخدم النهائي» الذي لا يهمه من قريب ولا من بعيد Of‏ كان توليد هذه
القدرة قد استخدم فيه الفحم أو الوقود السائل أو الوقود النووي. وهذا ما يحدث
CIE‏ على جبهة الإنترنت؛ فالباحث عن المعلومة يهمّه في المقام الأول الحصول
عليهاء لا مصدرها.

١‏ التوجهات الكبرى لتكنولوجيا الاتصال

يُمكن تلخيص التوجهات الكبرى لتكنولوجيا الاتصال في النقاط الرئيسية الآنية :

5 من الصوتي إلى الرقمي

في البداية استخدمت شبكات الهاتف لنقل بيانات الحاسوب ؛ باعتبار ذلك خدمةٌ
خاصة تقدمها هيئة الاتصال لعدد محدود من العملاء e‏ كشركات الطيران والبنوك
وأجهزة الأمن وغيرها. وما أن هذه الشبكات صّمّمت el‏ لنقل الصّوت (الإشارة
الصوتية المستمرة (Analog‏ لا البيانات (سلسلة النبضات المتقطعة «(Discrete‏ فقد
كانت الخدمة رديئة ومعدل تدفق البيانات محدوذا للغاية. إلا أنه» مع انتشار تطبيقات
العلوماتية » تضاعفت الحاجة إلى تبادل البيانات؛ إلى الحد الذي انقلب معه الوضع
LI,‏ على عقب . فقد أصبحت شبكات الاتصالات nad‏ أصلاً لنقل البيانات OY‏
ذلك هو المطلب الأعقد؛ فى حين عدت المكالمات الهاتفية» بصفتهاالمطلب
الأسط»ء حملا ثانويا . l‏

لقد أدى نقل البيانات Ce‏ إلى تحسن واضح في مستوى الخدمات» OM‏ الإشارة

YA£

د. dad‏ علي
الرقمية ‏ مقارنة بالإشارة المستمرة ‏ أقل عرضة cle pall‏ والتشويش والتداخل؛ كما
قاد ذلك إلى تحقيق معذلات عالية لتدفق البيانات عبر شبكات الاتصال. ومن أهم نتائج
تطبيق التقنية الرقمية Cad‏ : تقليص حجم معدات الاتصالء وخفة وزنها. ولولا ذلك
التصغير لما أصبح Ue‏ ما نشهده Cl‏ من انتشار الأقمار الصناعية؛ فالوزن الكلي
للقمر الصناعي هو أبرزٌ العوامل في تحديد متطلبات إطلاقه وتوجيهه .

5 من الإلكترون إلى الفوتون

ظلّت الإشارة الهاتفية Jos‏ عبر الأسلاك النحاسية في هيئة تيار كهربائي ضعيف
(فيض من الإلكترونات)؛ إلى أن حدثت النقلة التوعية باختراع الألياف الضوئية» التي
يسري بداخلها شعاع الليزر حاملاً الرسائل المراد نقلها . وهكذا حل تيار الفوتون
(جسيمات الضوء) الواهن النقي محل تيار الإلكترون العنيف Ce)‏ بالطبع) المعرض
للتشويش والضوضاء. لقد تحولت شبكات الاتصالات إلى شبكات «نظيفة» ذات
lla cole‏ ت إلن YT Ve‏ مهات كات كول الان الد

وقد واجهت تقنية الألياف الضوئية في البداية عقبات اقتصادية وفنية عدة حالت
دون سرعة انتشارها في شبكات الاتصال الهاتفي . إلا أنه» مع انتشار أساليب الرقمنة
«Digitization‏ برزت ميزة هذه التقنية التي أثبتت تفوقها بصورة قاطعة .

إن أشعة الليزر غدت تسري في جوف الأرض Aye‏ مياه المحيطات» وعبر الفضاء
لتنقل الصوت والصورة والنصوص والأرقام . لقد «أضاء» شعاع الليزر الطريق أمام
ثورة حقيقية في عالم الاتصالات؛ إذ أتاح سرعة هائلة لتبادل المعلومات» تقدر
بالغيغابت Gigabit‏ فى الثانية الواحدة . وهى سعة إرسال تكفى لنقل مضمون نحو
خيس كنات ف iae I itll‏ ركن لدارة واحلة من دازات GUMI‏ ال Lei‏
أن تنقل o»‏ ألف US.‏ هاتفية . 1

۲ من الخاص إلى العام؛ ومن التنوع إلى التكامل

قامت فكرة «السنترالات» على ميدأ تحويل الدارات ‘Circuit switching‏ عى أن

Tio

السنترال يقيم خط ربط بين ثنائي المستقبل والمرسل (من هاتف إلى آخر)ء ليحتكر هذا
الثنائي خط cda JE‏ فلا يشاركهما فيه أحد طوال فترة الاتصال. واضح أن ذلك Je‏
هدر s‏ ؛ فالمحادثة الهاتفية لا تستنفد إلا 28 ضئيلاً من سعة خط clas JE‏ خاصة OY‏
الحديث عبر الهاتف غالبا ما تتخلله فترات من التقطع والسكوت . وكان هذا أحد
الأسباب الرئيسية في استحداث أسلوب تحويل رزم الرسائل Packet switching‏ «
بديلاً عن «تحويل الدارات» الذي سبقت الإشارة إليه . ففي ظل هذا الأسلوب» تختزن
الرسائل المطلوب نقلها لفترة زمنية قصيرة لا يشعر بها المستخدم t Glos‏ ثم تقسم على
هيئة مقاطع أو رزم 5 متساوية يُدمغ كل منها بعنوان المرسل إليه» لتضخ بعد
ذلك e‏ الرسائل المخزنة على هيئة دفقات معلوماتية متتالية a gf‏ إلى غاياتها بواسطة
مراكز تحويل الرسائل Message switching centers‏ . ويحدث ذلك عبر آي مسار
عاناه متاح يربط بين نقطة إلأصل Origin‏ ونقطة الهدف «Destination‏ من دون
الالتزام بمبدأ النقل عن طريق pail‏ مسار بينهما. ويكن أن ترسل المقاطع المختلفة
للرسالة نفسها عبر مسارات عدة . عندئذ تقع على أجهزة الاستقبال مسؤولية إعادة
تجميعها؛ أي القيام بالمهمة العكسية لتقطيع JU Ji‏ بواسطة أجهزة الإرسال.

إضافة إلى ما أدى إليه من رفع كفاءة شبكة الاتصالات» فقد a‏ أسلوب تحويل
رُم الرسائل من دمج خدمات الاتصالات مع بعضها بعضاء في ظل نظام الخدمات
المتكاملة المعروف باسمه المختصر Vy. ISDN‏ يفرق هذا النظام بين المكالمات الهاتفية أو
رسائل الناسوخ أو بيانات الحاسوب؛ فكلها بالنسبة إلى نظام الخدمات المتكاملة سلسلة
من البيانات الرقمية تُوجْه عبر مسارات الشبكة على هيئة دفقات إلى أن تصل إلى
غاياتها؛ فيعاد تجميعها وتفصل الإشارات المندمجة بعضها عن بعضها الآخر.

۲ من السلبي (أحادي الاتجاه) إلى الإيجابي (ثناثي الاتجاه)

تعمل غالبية نّم بث المعلومات» والإعلام الجماهيري بصفة خاصة» على أساس
الطور السلبى؛ إِذْ تنتقل المعلومات فى اتجاه واحد : من المرسل إلى المستقبل . وقد تحدث
الكثيرون عن الآثار النفسية والتربوية الضارة الناجمة عن ظاهرة التلقي السلبي تلك »

۳1

د. نبيل علي
وامتداد الطور السلبي إلى مرافق المعلومات التي تقدم خدماتها إلى المنازل. فظهرت
شبكات «التلتكست (Teletext‏ التي تعمل في اتجاه واحد؛ فتبث معلوماتها عن مواعيد
وصول الطائرات وإقلاعها وأسعار العملات وبرامج المسارح والأحداث المهمة» من
دون أي تدخل من جانب المستقبل . ولتلافي هذا النقص» صّممت مرافق المعلومات
التي تعمل على أساس الطور الإيجابي Interactive‏ فظهرت في البداية شبكات
«الفيديوتكست Videotext‏ الثنائية الاتجاه» مثل تلك التي أقامتها بريطانيا المعروفة
باسم c Prestel‏ وتلك التي أقامتها فرنسا المعروفة باسم ¢Minitel‏ وهي AST‏ تلك النظم
GE‏ في العالم . وتأتي الإنترنت لتزيح هذه النظم ile‏ وتوفر وسائل متعددة للتفاعل
الإيجابي مع مصادر المعلومات؛ وهو التفاعل الذي سيزداد إلى حد كبير مع الانتقال
إلى «الجيل الثاني لشبكة الإنترنت» التي تعمل بالألياف الضوئية . وستتناولها في الفقرة
۲ من هذه الدراسة.

۲ من الثابت إلى JÉN‏

لم يعد GLS‏ أن يحمل الإنسان عقله معه حيثما يذهب؛ بل أصبح في حاجة إلى أن
تنتقل معه وثائقه ومصادر معلوماته واتصالاته . فلم تعد قدرة الإنسان تكمن فيما
تستطيع ذاكرته البشرية المحدودة أن تحمله» ولاعقله المقيّد ولا نقول المحدود_ أن
يتصدى له؛ وإنّما غدت في قدرته على النفاذ إلى مصادر المعلومات حين يحتاج
إليهاء وعلى توفير الوسائل العملية لحل ما يصادفه أو يعترضه من مشكلات . وهكذاء
أصبح للإنسان رفيقان: حاسوب Mobile JU Wile, «Portable computer JUS;‏
phone‏ . الأول يحمل له ملفاته وبرامجه ؛ والثاني هو نافذته التي يطل منها على العالم
حيثما OS‏ محقّقا بذلك أعلى درجات الشفافية الجغرافية والمعلوماتية. وما نسمعه
Ce‏ عن الجيل الثالث للهواتف DEN‏ يؤكّد التوجه نحو اندماج هذين الرفيقين في
وحدة تكافلية Symbiotic‏ مثيرة» تسمح بالنفاذ إلى ccs oY!‏ وتأدية المهمات الوظيفية
والشخصية من خلالها.

1¥

۲ من شغرة الإنجليزيّة إلى الشفرة المتعددة اللغات

تنتقل التصوص عبر شبكات الاتصالات بعد تحويل حروف الألفباء إلى شفرة
رفمية. وقد صّمّمت هذه الشفرة- أساسًا ‏ لتناسب متطلبات اللغة الإنجليزية؛ وهو
الوضع الذي نحم عنه كشير من القيود التقنية التي فُرضت على تطبيقات المعلوماتية
بلغات تختلف حروفها عن الحروف الإنجليزية . وفي هذا الصدد, تختلف العربية عن
الإنجليزية في عدد الحروف وأشكال كتابتها؛ إِذْ تبلغ الخروف العربية ١‏ حرقًا
والأشكال العربية 4٠‏ شكلاً» مقابل الإنجليزية التي TAUGE‏ حرقًا و AKS OY‏

ومع ازدياد قدرة الحاسوب وسعة ذاكرته واشتداد الحاجة إلى عبور المعلومات
الحواجز الجغرافية واللغوية» برزت الحاجة إلى شفرة متعددة اللغات يمكن أن تستوعب
جميع اللغات, as‏ من «أبسطها» كالإنجليزية» وانتهاء بأعقدها كاليابانية
dally‏ علاوةٌ على الرّموز الشكلية المتعدّدة الأخرى. وهكذاء خرج إلى حيز
الوجود نظام الكود الموحّد Unicode‏ الذي بدأ استخدامّة بالفعل في تُظم التشغيل
الخالية .

:Y‏ £ تطورالاإنترنت

۲ الفكرة المحورية وراء الإنترئت

إن الإنترنت» بلا منازع .هي شبكة الشبكات أو «الشبكة الأم» التي طوت في جوفها
مئات الآلاف من شبكات تبادل المعلومات؛ سواء كانت عالية أو إقليمية أو
محلية . ومع كل هذه الضخامة وتلك السطوة» لا Uie‏ تجاهل حقيقة Lage‏ هي أن
الإنترنت في جوهرها- كيان طفيلي؛ فهي تطفو فوق موارد مادية وغير مادية من
شبكات cry‏ وبرامج وقواعد بيانات ليست Gla‏ لهاء بل لغيرها. فقد أقامت
الإنترنت مجدها على نجاحها في وضع بروتوكول بسيط وموحد (TCP/IP)‏ التزمت
به جميع الشبكات التي تريد الانضمام إلى عضوية الشبكة الأم» ضمانًا لتدفق
المعلومات فيما بينها ؛ إضافة إلى استحداث وسائل مبتكرة من أجل سهولة التنقل بين
مراكز خدمات المعلومات وبين وثائقهاء وانسياب البيانات عبر الشبكات بما يضمن أكبر
توظيف لموارد هذه الشيكات. بعد أن كانت مهدرة فيما مضى .

1A

د. نبيل علي

۲ التوجهات الرئيسية لتطور CÓ X‏

أ من المنتدى العلمي إلى سوق التجارة الإلكترونية

كانت الإنترنت ‏ في بداية نشأتها ‏ المنتدى العلمي للربط بين المؤسسات الأكاديمية»
كالجامعات ومراكز البحوث . ووقف مؤسسوها الأوائل موققًا حازمًا ضدٌ أي نشاط
تجاري أو تسلل إعلاني أو إعلامي . لكن» لم يُقدّر لهذه «الطهارة المعلوماتية'أن
تستمر. فسرعان ما أدركت القوى الاقتصادية التقليدية المزايا الكثيرة لهذه الشبكة ؛
مثل : قدرتها الفائقة على ربط مصادر الإنتاج بمنابع الطلب» وفاعليتها الكبيرة في نقل
بضائع صناعة الشقافة عبر طرق معلوماتها فائقة السرعة. وكان ما كان! فداست
مؤسسات JU‏ والتجارة والإعلام بأقدامها الثقيلة هذا «ا حرم الأكاديمي» ؛ محيلة إياه
إلى متجر إلكتروني » وبوق إعلاني» ومنفل للشوزيع» وساحة لبحوث التسويق.

ب نحو مزيد من الاندماج صوب الا حتكار

bi‏ لشدة المنافسة في مجال صناعة الثقافة التي تزداد ضراوة oy‏ عن يوم» تشهد
الساحة المعلوماتية هذه الأيام حركة محمومة لاندماج الأعمال والتكامل الرأسي بين
شركات البرمجيات وخدمات الإنترنت وشركات إمداد Content, siall‏
«providers‏ من دور نشر ومؤسّسات إنتاج موسيقي وسينمائي ؛ إضافة إلى شركات
التوزيع وخدمات المعلومات» كشركات الاتصال والقيديو الكبلي . .

ج - من السكوني إلى الدينامي

فى البداية» كان تبادل المعلومات عبر الإنترنت يتحقق من خلال تبادل الملفات
والوثائق ذات الطابع السكوني ؛ أو المخصّصة للعرض فقط» إن جاز القول . ومع ارتقاء
الشبكة Cas‏ ساد الطابع التفاعلي المتمثل في حلقات النقاش وعقد المؤتمرات عن بعد؛
علاوة على إمكان تفاعل المتلقّي Coats‏ مع المادة المعروضة على الشاشة . فلم تعد
الوثائق الإلكترونية مقصورة على النصوص والأشكال الثابتة؛ بل توسعت لتشمل
pole Cal‏ برمجية فعالة Active‏ تسمح للمتلقي بالتفاعل معها أخذا وعطاء .

515

Y c5 ST الانتقال إلى‎ a

أصبسحت الإنترنت بيئة عمل متكاملة» cde‏ محل جميع وسائل JUNI‏
المعهودة . فنقل بيانات الملفات بين الحواسيب يتحقق عن طريق الپروتوكول المعروف ب
File Transfer Protocol (FTP)‏ ¢ وخدمات البر يد والناسوخ حل محلها البريد
الإلكتروني؟ والاتصال الهاتفي التقليدي أخذ مكانه الاتصال الهاتفي عبر الإنترنت
المعروف بمصطلح VOIP‏ ومع تزايد استخدام cena XT‏ باتت الشبكة تشكو من
الاختناق الذي يؤدي إلى بطء شديد في استقبال المعلومات . لقد ارتكزت الإنترنت في
الأساسن على شبكات فائمة مصممة لتبادل البيانات SAY EFT PERRA‏
والرسومات المتحركة والقيديو والموسيقى وخلافها. وكانت هذه أهم الأسباب التي
ool‏ إلى الانتقال إلى الجيل الثاني من الإنترنت . إن العمود الفقري للشبكة تستبدل به
JU‏ كبول الألياف الضوئية» التي تزيد من سعة نقل البيانات بمعدلات عالية
للغاية . وتقوم الدول المتقدمة هذه الأيام بتوصيل الألياف الضوئية إلى المنازل» توطئة
لاستقبال خدمات الجيل الثاني من الإنترنت ؛ وهي الخدمات التي ستختلف اخحتلاقا
Ce y‏ عما عهدناه في شبكة الجيل الأول .

yY-

د . نبيل علي

ثالثا: تطور تكنولوجيا البرمجيات

۳ تطور نظم التشغيل

۳ التوسع في مهمات نظام التشغيل

برنامج نظام التشغيل Operating system‏ هو الذي p»‏ طاقة وحدة المعالحة
المركزية على المهمات البرمجية المختلفة» وهو الذي ينقل الملفات من موضع إلى
آخر . إنه ‏ أي نظام التشغيل ‏ «شرطي المرور» الذي ينظم حركة البيانات من وحدات
الإدخال إلى الذاكرة» ومنها إلى وحدات الإخراج . وهو الذي يحدد أولوية استخدام
هذه الوحدات» إن تنازع عليها أكثر من برنامج أو مهمة برمجية . وفوق هذا وذاك» فهو
الذي ينظم العلاقة بين الآلة ومستخدمها. بقول آخرء إن نظام التشغيل هو العبء
الإداري Administrative overhead‏ الذي د E‏ من أجل التحكم في موارد
الحاسوب. وهو الرفيق الملازم لجميع التطبيقات التي تعمل تحت رعايته . وبناء
cede‏ فمن يسيطر على نظام التشغيل تكون له الكلمة العليا على كل من دونه من
أصحاب برامج التطبيقات التي تعمل في كنفه . لذلك» كان لا بد من أن Jas‏ نظام
التشغيل منطقة ساخنة يتصارع عليها المتنافسون ؛ وغالبًا يسفر الصراع عن منتصر وحيد
ونظام موحد أو شبه موحد Defacto standard‏ .

إن نظم التشغيل في عملية تطور مستمر . ففي حين كانت مهمته في البداية مقصورة
LI‏ على التحكم في موارد الحاسوب ووحداته الطرفية وطريقة تفاعله مع
المستخدم» نجد نظام التشغيل اليوم وقد تولى مهمات إضافية كانت تنهض بها فيما مضى
برامج التطبيقات أو نظم أخرى متخصّصة . ومن أمثلة ذلك : قيام نظام التشغيل حالياً
بتقديم خدمات شبكات نقل البيانات المحلية» والتعامل مع الإنترنت» والبحث في
قواعد البيانات» وقراءة البريد الإلكتروني آلياء وأخيرا قيامه بتوفير خدمات الاتصال
الهاتفي عبر الإنترنت .

YYA

۳ تطور RAI‏ الآلة

غالبًا ما تبرمج نظم التشغيل بلغة التجميع Assembly language‏ « التي هي أقرب
ما تكون إلى لغة الآلة» والتي تعد أحد العوامل الأساسية في تحديد إمكانات الحوسبة
من حيث نطاق تعليمات البرمجة والسرعة وكفاءة التعامل مع الذاكرة . أما قوة لغة الآلة
ذاتهاء فيحددها عرض مسار البيانات «The width of the data bus‏ الذي تتدفق
عبره نبضات البيانات بصورة متوازية . وتطورت نُظم الحاسوب ابتداء من تلك التي يبلغ
عرض مسار BU‏ البيانات فيها A‏ بت» إلى أن وصل هذا العَرْض إلى YY‏ بت في
الحواسيب الشخصية المتوافرة حاليا. إن عرض المسار المشار إليه يحدد قدرة
التعليمات على تنفيذ العمليات الحسابية والمنطقية ؛ وكذلك العدد الكلى للتعليمات
الأساسية UV! GU‏ أو ذخيرة Repertoire‏ لغة البرمجة» GS,‏ للمصطلح الفني . وقد
ظهر في أواخر ثمانينيّات القرن العشرين نوع من المعالجات الميكروية يعمل با يعرف
بنظام «المجموعة المختزكة لتعليمات الحوسبة Reduced Instruction Set of‏
(Computing (RISC)‏ . وهو نظام يركز على مجموعة صغيرة نسبيا من تعليمات
الآلة التي gawd‏ دارات المعالج الميكروي لها؛ بحيث JS‏ هذه التعليمات بصورة
سريعة وبكفاءة عالية . إن معمارية المعا لجات الميكروية من طراز RISC‏ تحد من عدد
التعليمات المدمجة فيها؛ إلا أنها تنفذ تلك التعليمات بسرعة عالية للغاية . أما
التعليمات الأقل استخداماء ded‏ من خلال سلسلة من التعليمات المدمجة .

۳ تطور واجهة التعامل مع المستخدم من حيث الشكل

cou م مو وم‎ dee
ويعني ذلك أن الحرف هو أصغر‎ . Clot كمايعرف‎ «Textual mode po pæl طور‎
البرامج . وقد حرم هذا النظام المبرمج من‎ eere Una Jn يمكن أن‎ à وحدة للشاشة‎
وحدئت‎ . (Pixel بها «النقطة‎ sad لشاشة العرض التي‎ TRUM النفاذ إلى الوحدة‎
وأدى‎ . Graphic User Interface (GUI) النقلة النو عية في وأجهة التعامل مع الشكل‎
Go cub ال‎

YY

د. das‏ علي
الأشكال بصورة عامة ؛ B]‏ يمكن لهذا النظام القائم على وحدة النقطة أن يقوم بتصغير
الأشكال وتكبيرها برمجيًاء ونقلها بيسر من موضع إلى موضع آخر عبر الشاشة ء إلى
جانب UL]‏ أوضاعها بأية درجة وفي أي اتجاه» بعد أن كانت فيما مضى محصورة بين

Y ۳‏ تطور أساليب اقتناء البرمجيات
C NCC RI‏ ا رر اتات اة الات

البرمجيات خدمة أطقم البرامج المتكاملة البرمجيات سلعة مكمل للعتاد

As hardware Software as Suites of application Software as
complement a commodity programs a service

الاندماج في العناد الاستقلال عن المتاد برمجيات جاهزة برمجيات 384( الطب
(اللدينات)
Customized Pre-packaged Hardware Mctalization‏
Software software independence (Firmware)‏

الشكل )£( : مسار تطور أساليب اقتناء البرمجيات.

۳ البرمجيات باعتيارها مكملاً للعتاد

في المراحل الأولى من استخدام الحاسوب» كان مورد العتاد هو نفسه الذي يقوم
بتوريد البرمجيات في أغلب الأحيان. وكان هذا المورد» ومثاله البارز شركة آي بي
ed‏ » يقدم في الغالب حزمة متكاملة تشمل الحاسوب الضخم Mainframe‏ ومكونات
شبكة الاتصال ونظام التشغيل» وربما أيضا برامج التطبيقات .

gem‏ الوضع Wr‏ تقريبًا مع ظهور الحاسوب المصغر Minicomputer‏ . فكانت
شركة ديجيتال: رائدة صناعة الحواسيب المصغرة» تقوم بتوريد عتادها مع نظام تشغيلها
المعروف باسم MVS‏ .إلا أن شريحة كبيرة من المستخدمين» خاصة في الجامعات
ومعاهد البحث العلمي » تحولت من نظام MVS‏ إلى نظام UNIX‏ الذي أصبح Cato‏

YYY

C, i‏ لنظام التشغيل الذي يورده مُصنّع العتاد . وجاءت لحظة التغيير الحاسمة حين
أوكلت شركة آي بي إم إلى شركة ميكروسوفت مهمة تطوير نظام التشغيل الخاص
بحواسيبها الشخصية. فكان ذلك بداية النهاية لسيطرة مصنعي العتاد على
البرمجيات . أما مطورو برامج التطبيقات» فقد أظهروا ولاءهم التام لنظام التشغيل
السائد ليضمنوا بذلك سوقًا كبيرة لتسويق منتجاتهم . وهكذا بسط صاحب نظام
التشغيل جناحيه : واحدا يطوي تحته مصتعي العتادء والآخر يطوي تحته مطوري برامج
التطبيقات.

۳ ¥ برمجيات وفق الطلب

في بداية استخدام الحاسوب» كانت التطبيقات ‏ ومعظمها تطبيقات إدارية وتجارية -
pee‏ وفق طلب الزبون بأسلو ب Customized software t haidh‏ . وكانت تلك
البرامج تكتب Ua] bale‏ بلغة التجميع cAssembly language‏ أو بإحدى لغات
البرمجة؛ مثل: فورتران» وبيسك» وكوبول» وما شابهها. ويعيب برمسجيات
«التفصيل» ارتفاع كلفة تطويرهاء واعتمادها على الأفراد الذين قاموا بعملية التطوير + ما
يجعلها عرضة للمخاطر في حال انتقال هؤلاء الأفراد إلى إماكن عمل أخرى؛ علمًا
Ob‏ عمالة البرمجيات عمالة متطايرة معدل مرتفع للغاية من حيث قابليتها ورغبتها في
تغيير مكان العمل . ومن أكثر الأمور صعوبة في برامج التفصيل تحدید احتياجات
المستخدم, الذي يعجر في العادة عن تحديد مطالبه بدقة كافية ؛ الأمر الذي يترتب عليه
أن يترك القرار» في كثير من OLA‏ لمصمّم البرنامج الذي تعوزه في الغالب الدراسة
الكافية لاحتياجات النظام وتفاصيل تشغيله . وهذا يؤدي بدوره إلى سلسلة من
التعديلات» تصل أحيانًا إلى حد إعادة تصميم البرنامج من الصفر. 7 í‏

٤‏ البرمحيات سلعة

بعد أن نضجت تكنولوجيا البرمجيات» كان لا بد لها من أن تدخل مجال التسليع

Yé

د. نبيل علي
وإنتاج الجملة . وقد أظهرت البرمجيات قابلية شديدة لهذا النوع من الإنتاج» C‏
لسهولة طبع أعداد كبيرة من نُسخ البرنامج باستخدام وسائل تكنولوجية سهلة. ولا
ننسى هنا OF‏ مفهوم إنتاج الجُملة في مجالات الصناعة نشأ أصلاً بعد ظهور الطباعة»
التي تعد فاتحة صناعات إنتاج الجملة بلا منازع .

وقد Fe‏ توجه تسليع المرمجيات OU‏ هائلاً في مجال pb‏ التشغيل . ثم توسع
ليمتد إلى برامج زيادة الإنتاجية ؛ كتنسيق الكلمات» ونظم قواعد البيانات» والبرمجة
(iJ adt‏ وبرامج تصميم الأشكال والعروض» وما شابه ذلك . غير أنه مع انتشار سلع
البرمجيات» تفاقمت مشكلة قرصتة البرامج وما صاحبها من جدل كبير JU Lew‏
Giona‏ = بخصوص yal‏ الملكية الفكرية والهندسة العكسية فى مجال البرمجيات .

۴۳ اليرمجيات الجاهزة

أدى انتشار التطبيقات الإدارية والتجارية » وسجلات الأفرادء ونظم المحاسبة» وما
شابههاء إلى قرو ها عاك بالبرمجيات الجاهزة Prepackaged software‏ فى
مسجالات متعددة؛ من أبرز أمشلعها: OLS Mola‏ ومراقبة اللخزون» وإدارة
المشروعات» وما إلى ذلك . وتصمم هذه البرامج الجاهزة بحيث يمكن تطويعها لبيئة
الاستخدام المعينة لمن يقومون باقتنائها وعادة تسمح هذه البرامج بإدخال تعديلات

4 - wee
طفيفة عليهاء على شرط عدم المساس بالإطار الأساسي للبرنامج . لكن يعيب البرامج‎
Generality الجاهرة ما يكن أن نطلق عليه الأعباء الإضافية للعمومية‎
عريضا من بيئات‎ Óla Sb م. ويعزى ذلك إلى تصميم البرنامج» بحيث‎ 95
الاستخدام وفئات المستخدمين . وهي الأعباء التي تتزايد في حالة ذوي المطالب‎
. المحدودة» الذين لا يستغلّون من إمكانات البرنامج الجاهز إلا قسطًا زهيدا‎

باب أطقم البرامج المتكاملة
can bel‏ اق التي a‏ يليساط b ala‏
مفهوم $ البرامج المتكاملة «Suite‏ الذي تندمج في إطاره مجموعة من البرامج ذات

90

Lea‏ . ومن أكثر أمثلته شيوعا طقم البرامج المتكاملة» الذي تندمج فيه برامج تنسيق
الكلمات والبرمجة الحدولية» وبرنامج العروض » وبرنامج إدارة المشاريع . وهنالك
أطقم متكاملة في مجالات عدة: من تلم المحاسبة والتكاليف إلى منظومة البرامج
المتكاملة LEY‏ اللصانع e‏ التي تشمل برامج أنشطة التخطيط والتصميم والإنتاج
والتسويق.

TY‏ البرامج المتكاملة صعوبة الإضافة إليها. فذلك يتطلب النفادً إلى
التفاصيل الفنية الدقيقة للطريقة التي يجري بها التفاعل بين برامج الطْقّم المتكاملة ؛ كما
يستلزم معرفة دقيقة بالملفات المشتركة التي تتنافس عليها هذه البرامج . وفي سياق إعطاء
الأمثلة» نشير هنا إلى الصعوبة الشديدة التي واجهها كل من سعى إلى LS}‏ أدوات
برمجية لتحسين التعامل مع اللغة العربية إلى طقم البرامج المكتبية من إنتاج شركة
eh gts St‏ 0 فكرة أطقم البرامج المتكاملة تقوم أساسًا على مبدأ «خذ البرنامج
بأكمله أو اتركه بأكمله؟ .

۳ الاستقلال عن العتاد

“oy
b

fh‏ مفهوم استقلال البرمجيات عن عتاد الحاسوب ونُظُّم تشغيله
Hardware-software independence‏ حلم راود الكثيرين . وقد اعترضت تنفيذ هذا
e ce ili‏ صعوبات جمّة في الماضي» لعدم توافر الح الأدنى من التقييس
Standardization‏ ¢ سواء على مستوى العتاد» أو نظم التشغيل » أو لغات البرمجة» أو
مواصفات o‏ أو يروتوكولات تباذل البيانات عبر شبكات SLA‏ ومع انتشار
الإنترنت» تنامت الحاجة إلى تصميم برامج تعمل على تقديم خدمات المعلومات
Servers‏ بحيث تكون مستقلة GU‏ عن حاسوب المستخدم (أو الزبون gill(Client‏
يتعامل مع هذه البرامج . ووصولا إلى هذه الغاية» خرجت إلى حيز الوجود A‏
البرمجة المعروفة باسم جافا Java‏ وصاحب ظهورها وضع الكثير من المقاييس
Standards‏ سواء تلك الخاصة بتصميم واجهات البرامج «User interfaces‏ أو

YYA

د. das‏ علي
هيكلية اليبانات المخزنة في الملفات» أو GB‏ التى يجري من خلالها تبادل البيانات بين
المواقع المختلفة على الإنترنت .

۳ البرمجيات خدمة

مع انتشار استخدام الإنترنت» تزايد التو جه نحو تسويق البرمجيات بصفتها خدمة لا
سلعة . ويعني ذلك أن تكون البرامج الجاري تسويقّها متوافرةً في موقع الإنترنت العائد
للشركة الموردة لهاء بحيث تستدعى من الموقع حسب الطلب « مثلما تُطلب المعلومات
الأخرى من مواقع الشبكة . وقد E‏ شركة ميكروسوفت بالفعل في اتخاذ
الخطوات العملية لتنفيذ هذاالتوجه» ومن التوقع أن يخصص موقع لكل من
البرامج الشائعة الاستخدام ؛ مثل برنامج تنسيق الكلمات 6(vww.word.com) WORD‏ ,

يدعي المنادون بتسويق البرامج عبر الإنترنت بصفتها خدمة أن هذا سوف يؤدي إلى
انخفاض الكلفة بالنسبة إلى المستخدم النهائي ؛ خاصة بالنسبة إلى من يستخدم البرنامج
Bas‏ محدودا من المرات . ويضيفون OEC‏ هذا النظام سيتيح للمستخدم أحدث
الخ المعدلة من البرنامج . وبالرغم ما لهذه الأسباب من a‏ فلا يكن تجاهل
الدافع الحقيقي وراء تسويق البرامج باعتبارها خدمة؛ وهو أنه يجب أن يتوافر لصاحب
البرنامج من خلال الإنترنت نوع من الرقابة المركزية» تمكنه من اقتفاء أثر مستخدمي
برامجه أينما كانوا وملاحقة من تسول له Gee Sand‏ علاوة على ما ينطوي عليه
ذلك من خطورة أن يفقد المستخدم G are‏ على بياناته» التي أصبحت في قبضة الموقع
مقدم الخدمة .

ال الاندماج في العتاد

حلت العناصر المبكر وإلكترونية Microelectronic components‏ محل العناصر
الميكانيكية والكهربائية والإلكترونية في كثير من النظّم والمعدات والأدوات. وأدى
ذلك إلى تقليل عدد المكونات وتخفيض الكلفة وتحسين الأداء . و إن نظرةً سريعةً داخل

YYY

جهاز التلفاز الحديث ومقارنته ا كانت عليه الحال في الماضي لهي خير دليل على
البساطة التي أدت إليها الإلكترونيات الميكروية في اختزالها كثيرا من المكونات. وقد
قامت رحلة الإحلال في مجال البرمجة الحاسوبية على أساس تولي البرمجيات الكثير
من المهمّات التي كانت JS‏ سابقًا إلى العتاد. وبعد فترة من استخدام البرمجيات
والتأكد من سلامتها واستقرارهاء تحول أحيانًا إلى برمجيات ميكروية
:185 اأو مايسمى «اللّدينات «Firmware‏ (أطلق Lg te‏ هذا
الوصف لاتخاذها موقعا وسطا بين ليونة البرمجيات وصلادة العتاد) . بعد ذلك»
يجري «دمغ» هذه البرمجيات الميكرويّة في الرقائق الإلكترونية لتصيح جزءا مندمجا
من العتاد؛ وهي العملية المعروفةٌ باسم «معدنة البرمجيات (Metalization‏ . ويحقق
ذلك سرعة أعلى في الأداءء وانخفاضا في الكلفة. وهكذاء تتحقق السيولة
التكنولوجية العالية خلال هذه الدورة لانتقال تنفيذ المهمّات الآلية من العتاد إلى
البرمجيات» لترتدً إلى العتاد مرة أخرى . وللإيضاح» نعطي مثالاً على ذلك: بعد
تطوير برنامج لقراءة الأرقام إلكترونياء يكن تحويله من خلال البرمجة الميكروية إلى
مُقابله اللدن» t oJ‏ (وفقًا للمصطلح التقني) في رقيقة إلكترونية صغيرة يمكن
دمجها في قلم ضوئي يقرأ الأرقام مباشرة . l‏

ومرة أخرى» لا شك فى Of‏ وراء هذا التوجه أيضا GS Calo‏ لحماية البرمجيات من
القرصنة وجعل pal‏ هندستها العكسية من الصعوبة بمكان؛ بحيث لا يقدر عليها إلا
أصحاب الخبرات التقنية المتعمقة . وهكذا تنضم البرمجيات هي الأخرى إلى قائمة
الصناديق السوداء .

۳ مسار تطور منهجيات تكنولوجيا البرمجيات

يوضح الشكل )0( مسار تطور منهجيات تكنولوجيا البرمجيات» الذي ينطوي على
النقلات النوعية بين المنهجيات التي سنتناولها في البنود ASV‏

YYA

د. نبيل علي

البرمجة العضوية البرمجة الهيكلية برمجة التجزيئية البرسجة الاتدماجية

Monolithic Structural Object-oriented
programming i programming programming

الشكل )2( : مسارٌ تطوّر منهجيات تكنولوجيا البرمجيات.

۳ اليرمجة الاتدماجية

البرمجة الاندماجية Monolithic programming‏ هي الأسلوب الذي شاع في
بداية ظهور الحاسوب بغياب حل أدنى من المنهجية والأسس الهندسية لتطوير
البرمجيات ؛ سواء من حيث تصميم البرامج ووضع مواصفاتهاء أو من حيث أساليب
Coding tus, So‏ واختبارها وصيانتها . ففي ظل البرمجة الاندماجية» يمكن النظر
إلى البرنامج بصفته قائمة مندمجة متصلة لتغليمات تنفيذ خطوات حل المشكلة (الجمل
المكتوبة بلغة البرمجة) الموضوعة من جانب مخطط البرامج» الذي له مطلق ا حرية في
التنقل من أي موضع إلى آخر في البرنامج؛ سواء كان هذا التنقّل مَشروطً أو غير
مشروط.

إن البرنامج الاندماجي كيالا معقّد يصعب تحليله, والكشف عن بنيته
الداخلية» E‏ مسارات التشعب المتعددة التي تموج بداخله ؛ وهو الوضع الذي يصعب
ss‏ من اختبار البرنامج وتصويب caster]‏ أو إضافة مهمات جديدة ينفذها البرنامج .
علاوةً على ذلك» فإن البرنامج الاندماجي يحمل معه Fale‏ كل ملفات البيانات التي
يحتاج إليها من دون الأخذ بأسلوب المشاركة في الملفات» كما هي الحال في فصل
البرامج عن قواعد البيانات التي تتنافس عليها هذه البرامج

إن هذه ALI‏ المتشابكة لتعليمات البرمجة الاندماجية جعلت عملية اختبار البرامج
بصورة مكتملة ونهائية شبه مستحيلة » li‏ لاستحالة اقتفاء مسارات تشعب الكود
داخل هذا الكيان المدمج ؛ وهو الأمر الذي يجعل البرامج الاندماجية عرضة لأخطاء لم
تكن في الحسبان . فما أكثر الحالات التي cool‏ فيها أخطاء تافهة في البرا مج إلى نتائج
وخيمة ؛ مثل : الحوادث القاتلة التي وقعت نتيجة خطأ برامج مج التحكم في بعض أجهزة
العلاج بالأشعة» وإجهاض عمليات إطلاق مكوك الفضاء مرات عدة» وأخيرا وليس

YYA

آخرا حالات الشلل التام التي تصيب شبكات الكهرباء والاتصالات أحيانًا! وعلاوة
على ما سبق ذكره» فقد أذت البرمجة الاندماجية إلى خلق وضع غاية في الحرج بالنسبة
إلى المؤسسة صاحبة البرنامج التي أصبحت تحت رحمة مخطّط البرامج € الشخص
eis Cal done‏ سير 2098 cist ub‏ إلى ذلك أن ال م Ret‏ ل
تناسب مشروعات البرمجة الضخمة؛ فهي لا تور الأسس التي GSE‏ من توزيع حمل
البرمجة الضخم على أفراد فريق التطوير . 0

۳ البرمجة التجزيئية

ion Ns‏ التجزيئية Modular programming‏ الخطوة الأولى نحو هندسة عملية
تطوير البرامج Software engineering‏ . فقد وفرت an‏ الأساليب المنهجية لتجزئة
البرامج الكبيرة إلى أجزاء أصغر تربط معا من خلال مسارات واضحة . وتّمكن البرمجة ٠‏
التجزيئية من تطوير JS‏ من أجزاء البرامج المختلفة على حدة؛ كما تتيح تدرج عملية
اختيار النظام الأشمل من خلال اختيار مكوناته الفرعية التي تتضمن أجزاء برمجية
مترابطة عدة. وقد صاحب التوجة التجزيئي توسع في استخدام أسلوب قواعد
البيانات» التي سمحت باشتراك AST‏ من برنامج في التعامل مع الملفات نفسها .

۳ البرمجة الهيكلية

بصفة عامة» يمكن القول إن البرمجة التجزيئية سمحت بتقسيم البرنامج إلى أجزاء
أصغر . إلا أن الأسلوب الذي طُوّرت به هذه الأجزاء L1 JB‏ كما كان_اندماجيًّا؛ ما
ترك الحبل على الغارب لمخطط البرامج كي يطورها بالأسلوب الذي يراه . وهذا هو
ai‏ الذي سعت البرمجة الهيكلية Structural programming‏ إلى تلافيه؛ حين
ألزمت مخطّط البرنامج باتباع عدد محدود من أغاط البرمجة الأساسية» أو بعبارة
IU‏ من الأبجدية البرمجية التي تحدد دحل كل من هذه الأغاط الأساسية
وخرجهاء وتقيد مسارات التفاعل بينها من خلال وضع ضوابط ملزمة لتشعب الكود

Yy-

د . نبيل علي
من موضع إلى آخرء وذلك تحاشيًا OY‏ يصبح البرنامج مكتظًا بالتداخلات التي

صعب محاصرتّها؛ أو مثل «طبق Spaghetti¢ 2 FL‏ كما يشبهون البرامج
الاندماجية أحيانًا .

۳ البرمجة العضويًة

دل البر a‏ الك Object-oriented programming‏ أرقى ما وصلت إليه
هندسة البرمجيات . وهي تقوم أساسًا على مبدأ «إعادة الاستخدام Reusability‏ .
p»‏ البرامج من مكونات برمجية سابقة التجهيز h5 ac Component-ware‏ ; هذه
المكونات البرمجية القياسية حيث يمكن Las‏ بالمكونات الأخرى ؛ سواء من حيث
البيانات التي تتعامل معهاء أو من حيث المهمّات التي تقوم بتنفيذها والتي غالبا ما
تقتصر على مهمة واحدة دون غيرها . ويجمع البرنامج من هذه coU Sd‏ القياسية التي
تتفاعل من خلال أسلوب صارم 3 Jot‏ الرسائل أو الإشارات Messages‏
Log switching‏ بينها؛ وهو أسلوب أشبه ما يكون بذاك الذي تتفاعل من خلاله
العناصر البيولوجية داخل الكائنات الحية عن طريق إرسال الإشارات (الرسائل)
الكهركيميائية واستقبالها. وهي الخاصية التي تفسر استخدام البرمجة العضوية بعحض
المفاهيم الوراثية؛ من قبيل توريث المتغيرات والبيانات والمهمات» وتمكن من دمج
OFS‏ البرمجي ضمن مكون برمجي أكبر يورّث الأصغر التضمن بعضًا من صفاته
Lagi iy UU)‏

وهكذاء بدلا من أن تصوغ البرمجيات غوذجها الاقتصادي ا لخاص بهاء صارت تتبع
النموذج ذاته الذي أفرزته الصناعة التقليدية. فصناعة البرمجيات تنتقل حاليا من
إنتاج البرامج الكاملة إلى تجميع هذه البرامج من مكونات برمجية قياسية ؛ CGU‏ مثلما
تُجمع نظم العتاد من مكونات قياسية» كالمقاومات والرقائق الإلكترونية . لقد دخلت
البرمجيات عالم sole]‏ التدوير Recycling‏ أو إعادة الاستخدام ¢Reuse‏ لتدخل بذلك
عالم اقتصاديات الحجم Size economics‏ من أوسع أنوابه :وى uasa M‏

YYM

العملاقة حاليًا إلى احتكار صناعة البرمجيات من خلال تحويل عملية إنتاج المكونات
البرمجية هذه إلى صناعة كثيفة التكنولوجيا ورأس المال.

ولا شك في أن هذا التوجه نحو إنتاج المكونات البرمجية سيسرع من عملية تطوير
برامج التطبيقات النهائية» وسيخفّض من كلفة هذا التطوير ؛ علاوةً على احتياجه إلى
مهارات أقل . وهذه الميزة الأخيرة هي أخطرما ينطوي عليه he yc‏ صوب المكونات
رن dc sace‏ جر ات مارات اة t Deskilling‏ ومن ثم إبعاد
مخططي برامج التطبيقات تدريجيا عن التفصيلات التقنية الداخلية » لتستحيل بذلك
البرمجيات هي الأخرى ‏ كما سبق وذكرنا صناديق سوداء .

ويرتبط مع التوجه صوب المكونات البرمجية ويتوازى معه توجه آخر صوب مزيد
من التوحيد القياسي للمنتجات البرمجية وتكويد البيانات والبروتوكولات التي يتحقق
من خلالها تبادل المعلومات عبر شبكات الاتصالات . لقد أصبح معدل التطور
التكنولوجي من السرعة؛ بحيث لا يسمح بوقت كاف لوضع المقاييس الجديدة
واستقرارها. ويشهد الحاضر الراهن على ا ل ا
الحكومية والدولية؛ ال QM‏ التي يسنها
صاحب المنتّح الأكثر شيو

۳ مسار تطور الصيغ الأساسية للبرمجة

مع التنوع الشديد في تطبيقات نظم المعلومات» وتزايد صعوبة المشكلات التي
تتصدى لحلهاء وتنامي الصهار تلك النظم في كيان المجتمع الإنساني» تطورت الصيغ
الأساسيةللبر مجة Basic programming paradigms‏ تلبية لطالب حل هذه
المشكلات . ويلخّص الشكل CU‏ مسار تطور هذه الصيغ » ويليه استعراض موجز US‏

YYY.

ةا اا سس ل د. daa‏ على

برمجة الشبكات العصبية

Neural-net
programming

البرمجة باللغات الطبيعية | | البرمجة الأوتوماتية

برمجة احتمالية برمجة خوارزمية
(حدسية)

Natural language
programming

Automatic
programming

Algorithmic
programming Heuristic
programming

البرمجة الوراثية

Genetic coding
programming

الشكل )3( : مسار تطور الصيغ الأساسية للبرمجة.

۳ البرمجة الخوارزمية

البرمجة الخوارزمية Algorithmic programming‏ نوع من البرمجة يتسم بالقطع t‏
فقد تبنت مضطرةً ‏ منطق الرتبة الأولى لأرسطوء الذي يعالج الأمور من خلال ثنائية
الصواب والخطأ (نعم أو CI‏ فهي تفترض أن كل دخل معين يمد به البرنامج يؤدي إلى
توليد خرج محدد. إنها محاولة لفرض الحلول على المشكلات القائمة؛ أو بقول آخر:
إنها لا تنطلق CUT‏ من المشكلة ذاتها ¢Problem-driven‏ بل من منظور من يَحلها .

۳ البرمحة الاحتمالية

لسنا بحاجة إلى أن نؤكد بصورة قاطعة عدم ملاءمة البرمجة الخوارزمية لكثير من
مشكلات الواقع» التي تتسم بالاحتمالية والتميّع وعدم التحديد وتعدد بدائل الحلول»
وما شابه ذلك . وهو الأمر الذي أدى إلى ظهور نوع من البرمجة الاحتمالية
isk, Probabilistic‏ في الحسبان «المناطق الرمادية»؛ سواء من حيث الدخل الذي
يغذي به البرنامج» أو من حيث Di‏ امول فيه Ses‏ على هذا الدخل . وقد استخدمت
البرمجة الاحتمالية-ضمن ما استخدمت_ BUS M‏ الاحصائية » وكذلك المنطق

YYY

المشوش tFuzzy logic‏ علاوة على تبتي مفهوم الحدس فيما يعرف بأسلوب
الحدسيات ew Heuristics‏ للوصول إلى الحل أو أفضل ci‏ من أقصر الطرق.

Yi ۳‏ برمجة الشبكات العصبية الاصطناعية

تتكون الشبكات العصبية الاصطناعية Artificial neural nets‏ من مجموعة من
وحدات LLM‏ الآلية البسيطة» لكل منها ذاكرة محلية صغيرة . وثربط هذه الوحدات
بقنوات اتصال أحادية الاتجاه من حيث طريقة عملها . فالشبكة العصبية هى آلية معالحة
تعمل من خلال الأمثلة . ويقصد بذلك تطويع الشبكة لبيئة المشكلة liy doa‏
بتمريرها خلال قائمة مختارة من أمثلة الدحلات مقرونة ole pdb‏ التوقع أن
تولدها هذه الدخلات . وبعد تغذيتها بعدد كاف من هذه الأمثلة المنتقاة التي تمثل المشكلة
رهن لحل » تكيف الشبكة نفسها تلقائيًا Uy‏ لعينة الأمثلة toda‏ وذلك بتحوير بنيتها
وعلاقاتها الداخلية» وتغيير ثقل العوامل الحاكمة في توجيه أدائها. إن الشبكة تقوم
بعملية التكيف على أساس الانحياز للمدخلات المتواترة العالية القيمة» على حساب
الدحلات غير المنواترة ذات القيمة المنخفضة . pol dy‏ الشبكة رحلة تعلّمها الذاتي من
خلال الأمثلة» حتى تصل إلى درجة من الاستقرار تصبح معها قادرة على التعامل مع
مدخلات جديدة » لم ترد في العينة أصلاً. وبهذاء تكون الشبكة قد أصبحت Biol‏
برمجية لحل المشكلة؛ دائمة التكيف مع مايط رأ من تغيرات تستوعب S‏
بأول» للوصول إلى حل نابع من المشكلة ذاتهاء لا مفروض عليها من خارجها . وهو
أسلوب أقرب ما يكون إلى الطريقة التي يتعلّم بها البشرء وينمي بها الخ البشري قدراته

„ása

-

۳ البرمجة 42313911
منذ بداية اللمانينيات من القرن المنصرم» برزت البرمجة Genetic coding 431) Jl‏
مجالاً واعد! للإسراع في عملية تطوير برامج الحاسوب بصورة أوتوماتية. وتجمع

vri

د. نبيل علي

البرمجة الوراثية بين الاستعارات البيولوجية التي استحدثها داروين في نظرية التطور
(تحديد) : الاتتخاب الطبيعي والطفرات) وبين UL‏ المختلفة التي توفرها علوم
الحاسوب في مجال eal‏ الذاتي للحاسوب» من خلال ما يواكبة من حالات وما
يكتسبه من خبسرات خاصة في مجال اكتساب الآلة القدرات اللغوية ذاتيا OL.‏ البرمجة
الوراثية تتتخب انتخابًا Ceo‏ مسارات الحلول ذات القدرة الأعلى على حل المشكلة .
فهسي تعمل E‏ أساس التجاوب مع إشارات الدّخل القوية وإحباط الضعيفة
منهاء وتطوير آلية الحل عن طريق طفرات تطرأ على هذه الآلية بعد تعرضها لحجم معين
من الحالات التي تعتري المشكلة رهن الحل .

۳ :0 البرمجة الأوتوماتيّة

مع تنامي الخبرات في مجال البرمجة» اكتشف الكثيرون OF‏ بالإمكان أتمتة عملية
تكويد البرامج ذاتها ؛ أو على الأقل أجزاء كبيرة منها . وتستند فكرة البرمجة الأوتوماتية
Automatic programming‏ إلى وجود نظام آلي sii‏ بمواصفات البرنامج » مصوغة
LL‏ لقواعد محددة؛ ليقوم النظام الآلي بإخراج الكود المطلوب لتلبية هذه
المواصفات . وقد Gb‏ هذا المفهوم بصورة محدودة في نظم التشغيل التي طورتها شركة
ميكروسوفت . فيُحدد مخطط البرنامج عن طريق شاشة حوار مع نظام التشغيل -
مطالبه من حيث شكل الشاشة» والوظائف التي تقوم بهاء وأسلوب التعامل
مع المستخدم . وبناءً على ذلك» يولد نظام التشغيل الكود البرمجي المطلوب لتنفيذ هذه
المهمات .ولاشك في أن أسلوب البرمجة العضوية Fr‏ عاملاً مثا في التوسع في
عمليّة أقتة البرامج» باستخدام مكونات برمجية سابقة التجهيز .

۳ البرمحة باللغات الطبيعية
تمثل البرمجة باللغات الطبيعية JLI Natural language programnting‏ القصو T-‏

ES‏ البرامج . ففيها يحدد المستخدم مواصفات برنامجه بلغته الطبيعية» كاللغة

To

الإنجليزية أو العربية» من دون إلزامه باستخدام لغات خاصة مصممة لصياغة هذه
الموؤاضفات :وثمة تحديات جمة تواجه البرمجة باللغات الطبيعية» في مقدمتها النطاق
الواسع للتراكيب النحوية المناحة لصياغة التعليمات باللغة الطبيعية» وكذلك ظاهرة
الس اللغوي؛ مثلما يحدث في حالة اللغة العربية نتيجة لغياب التشكيل (الضبط
(OLS AL‏ وهو ما يسبب eb‏ حالات مركّبة من اللبس الصرفي والمعجمي
والتركيبي.

YYA

د. نبيل علي

رابعًا: تطور تطبيقات تكنولوجيا المعلومات

4 تصنيف تطبيقات المعلوماتية

انتشرت تطبيقات تكنولوجيا المعلومات في شتى المجالات وعلى جميع المستويات:
في المصانع والشركات. ومكاتب الإدارة» وفصول LM‏ وغرف العمليات»
وغرف المعيشة »وسفن الفضاءء وأدوات المطبخ. وعلى ما يبدوء فليس ثمّة حدود
لتطبيقات هذه التكنولوجيا «السخية» إلا حدود قدرات الإنسان المستخدم لها. ولم
يعد السؤال المطروح : ما الذي نستطيع أن نفعله بها ؟ بل : ماذا نختارٌ منها؟

D]‏ ما نسعى إليه هنا هو استعراض مسارات تطور تطبيقات تكنولوجيا المعلوفات»
بدا باستعراض مسار هذا التطور من حيث طبيعة التطبيق؛ وذلك تمهيدًا لاستعراض
مسار تطور تطبيقات تكنولوجيا المعلومات فى مجالات رئيسية عدة» رأى الكاتب أنها
تمثل al‏ التوجهات الراهنة والمرتقية . وهذه المجالات هي :

t Productivity tools زيادة الإنتاجية‎ plugo

« نظم البحث عن المعلومات Information search‏

t Artificial intelligence الذكاء الاصطناعي‎ e

s Machine translation الترجمة الآلية‎ e

+ Robotics old yl Ji e

t Multi-media الوسائط المتعددة‎ e

t Virtual reality الواقع الافتراضي‎ e

. Bio-informatics 4 42) المعلوماتية‎ e

4 مسار تطور تطبيقات الحاسوب من حيث طبيعة التطبيق
يلخص الشكل (V)‏ مسار تطور تطبيقات تكنولوجيا المعلومات من حيث طبيعة

YYY

التطبيق ؛ تمثلاً فى مجموعة من النقلات النوعية بين المراحل الآنية :

توليد المعرفة التنقيب عن المعرفة

Data mining Knowledge
generation

معالجة المعلومات المتواقرة
Available knowledge‏
processing‏

توليد خبرات جديدة إقامة عوالم
معالجة ا معلومات

New- experience‏ ميكروية رقمية

Information
processing

Digital microworlds gencration

الواقع الافتراضى محاكاة العالم الواقعي
Real- world Virtual reality‏

معالجة البياتات
Data processing‏
simulation‏

الشكل (۷): مسار تطور تطبيقات تكتولوجيا المعلومات من حيث طبيعة التطبيق.

4 تطبيقات معالجة البيانات

هى من أوائل تطبيقات الحاسوب وأبسطها من الناحية التقنيّة . ومن أمثلتها: حفظ
سجلات الأفرادء واستخراج قوائم المرتبات والكشوف الحسابية وحسابات
العملاء» وما شابه ذلك . وتتسم هذه التطبيقات بضخامة حجم البيانات» وبساطة
العمليات الحسابية التي تُجرى على هذه البيانات . لذلك» فهي لا تستغل في الحاسوب
إلا طاقته الحاسوبية في التعامل السريع مع البيانات؛ بمعنى LT‏ تستخدمه آله
Calculator il>‏ هائلة من أجل intem‏ قام lg «(Number crunching‏

للمصطلح السائد.

٤‏ تطبيقات معالجه المعلومات

هنا يتجاوز النظام SYI‏ حدود التعامل الأولي مع البيانات» جمعا وطرحا وقسمة
وضربًا؛ إلى اكتشاف العَلاقات التي تربط بينها من أجل استخراج الكليات والمؤشرات
والتحليلات الإحصائية . ومن أمثلة هذه التطبيقات : نظم المعلومات الإدارية
Management Information Systems (MIS)‏ . وقواعد البيانات الببليوغرافية
Bibliographical data bases‏ لخدمة الباحثين العلميين .

YYA

د. نبيل علي

٤‏ تطبيقات ast las‏ المعارف
في حين تمثل تطبيقات معالجة المعلومات مرحلة تطور طبيعية لتلك الخاصة illas‏
البيانات, as‏ تطبيقات معالجة المعارف نقلةً نوعية ترتقي بها نظم المعلوماتية للتعامل
مع المغارف؟ لامع eL‏ الاق Oy Cte‏ ين لمر ةو اتر مات ANGI‏
هي هذا المزيج الغامض بين المعلومات والخبرات والقدرة على الحكم .ومن أمثلة هذه
التطبيقات DE‏ الخبيرة Expert systems‏ لتشخيص الأمراض. وقراءة الخرائط
والمخططات ؛ vli y‏ معالجة اللغات الطبيعية» كنظم الإعراب SV‏ والترجمة الآلية
وغيرها. وترتكز هذه التطبيقات على أساس معالجة معارف متوافرة بالفعل . فنظام
تشخيص الأمراض يعتمد في قاعدة معارفه على خبرات كبار الأطباء ومعارفهم ؛ في
حين تعمد نظم معالجة اللغات الطبيعية على المعارف اللغوية C LÀ‏

٤4‏ التنقيب عن المعرفه

بعد أن حققت المعلوماتيةٌ قدرًا من النجاح في معالجة المعارف المتوافرة» راحت
تسعى إلى التنقيب عن معارف جديدة تحاول استخلاصها من مناجم البيانات الرقمية»
التي باتت متاحة بعد توافر وسائط تخزين البيانات ذات السعة الهائلة . وهكذاء ظهرت
إلى > الوجود تكنولوجيا التنقيب في مناجم البيانات Data mining‏ من أجل
البحث عن مكامن المعرفة المستثرة وراء ظاهر البيانات . ومن أهم تطبيقات التنقيب في
مناجم البيانات تلك المستخدمة في اكتشاف BUY‏ الجينية في النص الوراثي (الجينوم)
للكائنات الحية . ويجري حاليا توسيع مجال التنقيب عن البيانات ليمتد إلى مجال
النصوص» فيما 2 بالتنقيب في مناجم النصوص «L5 , « Textual data mining‏
بهدف استخلاص المعارف الكامنة في باطن النصوص من خلال تطبيق أساليب
الاستنتاج Abel‏ + وتتبع مسارات الترابط النصي Textual cohesiveness‏ «
والتماسك المنطقي Logical cohesion‏ .

YYA

4 توليد المعرفة

بعد التنقيب عن المعرفة» لم يبق أمام الآلة إلا توليدها. وفي هذا الصدد» نشير إلى
نجاح الحاسوب في إثبات الكثير من النظريات الرياضية والهندسية؛ ما* شجع البعض
quu GS pr‏
إلى إكساب UY‏ القدرة على التعلم CSI‏ وتزويدها بالأسس الإيبستيمولوجية لتوليد
المعرفة عبر أساليب الاستتتاج » والاستقراء؛ والتعلّم بالاكتشاف» ومن خلال التجربة
lett,‏ وما شابه ذلك .

4 محاكاة العالم الواقعي

Y‏ يوجد سلاح أمضى من تكنولوجيا المعلومات د تشهره البشرية في وجه ظاهرة
e‏ الشديد الذي يعتري جميع مظاهر الحياة الحديشة» من أكبر نطاق جاهري
(ماكروي) إلى أصغر عنصر مجهري (ميكروي). ومن أمثلة ذلك : أداء النظم
الاقتصادية التي تتعامل مع الكثير من المحددات والقسيود والمتغييرات
الدينامية » والمشكلات البيئية كالمتغيرات المناخية التي تحتاج إلى التعامل مع كم هائل من
cocto o‏ هة xdi‏ واتار he Caps‏ افا Aas Weslo‏
التصميمات الهندسية وصعوبة الرقابة على المشروعات الضخمة التي تجمع الكثير من
الأنشطة ومجموعات العمل . هذا على المستوى الجاهري. Cal‏ على المستوى
المجهري » فحدث ولا حرج عن العمليات المعقدة للتفاعلات والعمليات الكيميائية
والطبيعية والوظائف البيولوجية والفسيولوجية .

أمام كل هذه الظواهر المعقدة» على المخطّط والمحلّل والمقيّم والمصمّم أن يبحثوا عن
الأمثل والأصلح والأصدق في ظل الكثير من القيود والمحددات . وعليهم Cad‏ أن
يدرسوا أداء هذه النظم المعقّدة الذي يستعصي على القواعد البسيطة للعلة والمعلول (أي
السبب والمسبّب)؛ لا بل يأتي أحيانًا دون المتوقع » ومتناقضا مع الحس الطبيعي والمنطق
المباشر أحيانًا أخرى .

وإلى جانب وسائل تحليل النظم والبيانات» وفرت تكنولوجيا المعلومات طُرقًا

Yes

د. Jas‏ علي
عملية لبناء atk‏ المحاكاة «Simulation‏ التي تنيح لنا السيطرة على الظواهر
المعمّدة؛ وذلك من خلال قدرة هذه النماذج على حصر الجوانب LAS‏ وإبراز
العوامل المؤثرة في تفسيرها . d‏

لقد تطلبت ظروف حياتنا المعاصرة محاكاة الواقع من أجل دراسة كثير من الظواهر
والمواقف التي تحتاج إلى استحضار أزمنة الماضي البعيدة ة. كما تحتاج أحيانًا إلى تسريع
شريط الأحداث لدراسة الظواهر البطيئة التطور كالتطورات الجيولوجية؛ وأحيانًا
أخرى إلى إبطاء شريط الأحداث لتابعة الظواهر السريعة التطور التي تحدث في جزء
صغير من الثانية» كعمليات الانفجار والانشطار النووي والاحتراق وما شابهها. وقد
تطلبت هذه الظواهر والمواقف Cag‏ أن نضع للمستقبل قائمة من السيناريوهات المحتملة
ترود بها نماذج المحاكاة لتم دنا ما یکن أن ت تؤدي إليه هذه السيناريوهات من نتائج ؛
ou‏ تقییم خياراتناء e‏ ما يمكن أن ينجم من النکبات والكوارث؛ قبل أن J£‏
بناامن دون أن تكون لدينا العدةٌ الكافية لمواجهتها.

4 إقامة عوالم ميكروية رقميّة

من خلال تكنولوجيا المحاكاة والواقع الافتراضي Virtual reality‏ يمكن إقامة
cao‏ ا ا
القيام بها في عام الواقع

ومن أمثلة ذلك lal caballo fal le La‏
الافتراضية؛ حيث يكن للطالب التعرّف إلى دقائق الذرات أوالجزيئات أو الجينات
والتحليق في فضاء المجرات» والغوص في أعماق المحيطات ؛ كما يمكنه أن يقلص من
ae SUM eo lem rd eram‏ اللاماءفي رسلدها غير eL‏ الدورة
الدموية . إضافة إلى ما سبق تستخدم تكنولوجيا الواقع الافتراضي في إقامة عوالم
ميكروية أو حاضنات معرفة Knowledge incubators‏ كما تسمى ULT‏ يمارس فيها
الطالب؛ حرية التعلم بالاكتشاف عبر التجربة والخطأ. وللحديث بقية في الفقرة
ov 4‏ التي تتناول أمثلة من تطبيقات الواقع الافتراضي .

Yes

4 توليد خبرات جديدة

لم تعد لدى هذا العصرء الذي تتهالك فيه الخبرات بمعدل يفوق معدل سرعة
اكتسابهاء رفاهية امتلاك الوقت لاكتساب هذه الخبرات عن طريق الأسلوب الدمطى
لثلائية اكتساب الخلفية dy a‏ فالتدرٌب العملي» فإتقان المهارات من خلال التكرار
والممارسة في الواقع العملي”. إضافة إلى ذلك فإن تعفد الخبرات واتساع نطاق فاعليتها
تجعل من ممارستها على أرض الواقع مباشّرة مرا لا يخلو من المجازفة في كشير من
الأحيان؛ ناهيك عن الكلفة المباشرة وغيرالمباشرة لمثل تلك الممارسة .إن الواقع
ا ا
المعرفة وتطبيقها؛ ومن ثم جَّسر الهُوة بين حفائق الواقع والوعي بها . فعلى سبيل
الشال» سيسمح التدريب الافتراضي بأن يكتسب الجراح خبرة إجراء الجراحات
الدقيقة » والراقص خبرة القيام بالحركات الصعبة. all y‏ خبرة اتخاذ القرارات السريعة
والحرجة ؛ وذلك في بيئة تجريبية سمحة يقومون فيها بإجراء تجاربهم إلى أن يصلوا إلى
درجة المهارة المطلوبة . لقد دانت لسيطرة UY‏ ثلاثية البيانات والمعلومات والمعارف؛
وحان للخبرات» وليدة تطبيق المعارف والتفاعل المباشر مع الواقع؛ , أن تخضع هي
الأخحرى لسيطرتها . وما إن ننجح في ذلك حتى يصبح بالإمكان تخزين خبرات البشر
في بنوك للخبرات الحيّة» بدلاً من الاتكاء على قائمة من الوصايا يتركّها المحنّكون لغير
ال

4 تطوّر وسائل زيادة الإنتاجية

٤4‏ المقصود بزيادة الإنتاجية

: ومن أمثلتها‎ Sy COS بها تنمية إنتاجية الموارد البشرية والمادية والطبيعية»‎ Lead
. زيادة إنتاجية عمال المصانع‎ -

زيادة إنتاجية موظفي المكاتب .

- زيادة إنتاجية bad‏ التعليم .

زيادة إنتاجية الموارد الطبيعية (كالأراضى الزراعية).

TEY

د. نيبيل علي

يلخص الشكل (A)‏ مسار تطور زيادة الإنتاجية؛ ممثلاً في مجموعة من النقلات
النوعية بين المراحل الآتية :

جوقة الوكلاء الآليين الأتمتة الخشنة
Crude automation Team of‏

7 aulomatic agents
المكاتب‎ RI أدوات برمجية الحاسوب :أدوات‎

Office-automation Computer -aided

tools tools .‏
الأتمتة الناعمة الوكالة الآئية

Automatic agency Soft automation

الشكل (A)‏ : مسار تطور وسائل زيادة الإنتاجية.

A جه‎

4 أدوات أئمنة المكاتب

مع تزايد الشق الذهني والمكتبي في مؤسسات الإنتاج والخدمات» أصبحت إنتاجية
عمالة «الياقات البيضاء؛ Sule‏ حاسمًا يتوقف عليه أداء المؤسسة باعتبارها Moly WS‏
وظهرت نظم zl‏ المكاتب Office automation‏ بهدف زيادة فاعلية التواصل بين
موظفي المكاتب من جهة ومراكز الإدارة والفروع من جهة أخرىء وتسريع إنتاج PUN‏
وتبادلهاء وتسهيل عمليات حفظ السجلات واستخراج الكشوف وإعداد التقارير
وضبطها. وقد تطوّرت هذه الأدوات لتشمل برامج النشر الإلكتروني ونم الأرشفة
الإلكترونية»و مدقا مانت المعلومات الضخمة Hyper-organizations‏ .

٤‏ أدوات برمجية بمعاونة الحاسوب

هتالك الكثير من الأدوات البرمجيّة gag‏ الحاسوب لزيادة إنتاجية نظام alai‏
وفتات المهنيين المختلفة . وفيما يخ ص إنتاجية نظام التعليم» كان الدافع إلى زيادتها عجز
Jue‏ التقليدية عن مواجهة التضخم الهائل في المادة التعليمية وتنامي
تعفّدها؛وكذلك تنوع المهارات المطلوبة . ويتوقع الكثيرون أن يكون لتكنولوجيا

rey

المعلومات دور حاسم في تثوير عملية التعليم على صعيد الإدارة والمدرسين والطلبة.
تشمل الأدوات البرمجية بمعاونة الحاسوب على سبيل المثال لا الحصر :
e‏ التصميم بمعاونة الحاسوب Computer-Aided Design (CAD)‏ :
٠‏ التعليم بمعاونة الحاسوب t Computer-Aided Instruction (CAI)‏
paill e‏ بمعاونة الحاسوب Computer-Aided Leaming (CAL)‏ ؛
« الترجمة بمعاونة الحأسوب Machine-Aided Translation (MAT)‏ +
e‏ هندسة البرمجيات عمعاونة الحاسوب Computer-Aided Software‏

. Engineering (CASE)

4 الأئمتة الخشنة

يكن القول Of‏ هندسة التحكم تدرجت عبر مراحل عدة» وصولا إلى EEY‏
الشاملة . فاستخدمت EYI‏ الجزئية فى البداية للسيطرة على أداء الآلات والمعدات»
كالأفران وآلات الاختبار وأجهزة القياس؛ ثم Ladd‏ عمليات النظم الفرعية» مثل
Mou‏ واستخلاص المواد الكيميائية وطلاء المعادن والتحليل المعملي. وكانت هذه
المراحل تمهيدا لتحقيق GEM‏ تمتة الشاملة» التي ترمي إلى ربط جميع أنشطة التصنيع في
نظام متكامل متسق ى . ونبدأ هنا بالأئمتة الخشئة. ويقصد بها أن أداء النظام الأوتوماتي
يكون محددًا مسبقًا من طرف مصمّمه . ولا دحل للمستخدم في ذلك إلا في أضيق
الحدود؛ إذ يقتصر دور المستخدم عادة على اختيار طورء أو بديل »من بين خيارات عدة
حلدت e‏ من جاتب المصمم . في ظل الأ متة الخشنة» تُدمّج عناصرٌ النظام المتحكّم
فيه في IS‏ منغلق يصعب فصله ؛ وفي كثير من الأحيان يصعب فهمه Oley.‏ يحدث
خال أو تمد sins is, rie c Ji‏ الغلاق النظام 262( ^153 ٠‏ فبمجرد
حدوث حيود -مهما كان طفيقًا -يجد المشغّل نفسه أمام كائن غامض as‏ التكهن
PETIT‏ تجدي في ذلك مصابيح الإنذار أو قراءات العدادات أو تقارير المتابعة .
فقد عزل المصمّم المشغَّلَ عن فهم ما يجري داخل النظام؛ ولم يوفر له وسائل السيطرة
عليه في حالات الطوارئ

Vee

د. نبيل علي

٤‏ الأتمتة الناعمة

مع ازدياد eu ad‏ الأوتوماتية pL,‏ نطاقها لتشمل عملية الإنتاج gl p‏
هذه النظم نحو الأتمتة الناعمة (Soft automation‏ التي تتيح للمستخدم أن Iis‏ إلى
دخائل النظام الأوتوماتي » ويوفر له الكثير من الوسائل لتوجيه أدائه وتسهيل إعادته إلى
الوضع الطبيعي في حالة ظهور خلل أو تغيير مفاجئ. ويرجع الفضل في ذلك إلى نظم
معلومات الإنتاج التي تعمل على تحو يشبه fee‏ جهاز الأشعة السينية؛ فتكشف
للمستخدم بصورة سافرة عن التفصيلات الداخلية لعمل الاليات المختلفة للنظام
الأوتوماتي. إن نظام المعلومات يورّع «عيونه» الإلكترونية على مواضع الإنتاج المختلفة
backs‏ درجة الحرارة داخل الأفران والمفاعلات» وضغط الغاز داخل الأنابيب» وسرعة
التوربينات» وجودة المنتتجات» ومعدل تحميل الماكينات» وحجم هالك الإنتاج . وغير
ذلك . ومن خلال هذا الكم الهائل من المعطيات'الفورية؛ يعرض نظام معلومات TEY‏
الموقف على المستخدم في شكل واضح ومختصر لاد يشتت انتباهه بوميض مصاببح
الإنذار» ولا بأكوام التقارير التي JE‏ قراءات العدادات وتحليل الأداء .

إن i NI‏ الناعمة لم تصبح ممكنة إلا بعد أن صار الحاسوب والعناصر الميكروية
صلب عملية الأتمتة ؛ فكل شيء غدا من الممكن تسجيلة AA‏ وعرضه. لقد أصبح
الحاسوب المركزي على اتصال مباشر مع العناصر الميكرو إلكترونية وأجهزة الحاسوب
التي تتحكم في كل عنصر فرعي من عناصر المنظومة الشاملة . وفي الوقت e‏
أضحت جميع هذه العناصر قادرة على تبادل المعلومات بصورة متجانسة . . وهكذاء
أمسى نظام الأتمتة الشاملة GU‏ يلم الشمل ب بين «أمخاخ» عدة مورّعة هنا وهناك في
آلات التصنيع » وسيور التجميع » وأجهزة الرابوط» ومعذات الاختبار» ومخازن قلع
الغيار » ومكاتب التصميم aS‏ الإلكتروني القادر على الحوار مع غيره.

٠٤‏ الوكالة الآليه
Automatic agency SI US JU Lak,‏ تطبيق مفهوم «الرابوط4 على البرمجيات
ذاتها من أجل تطوير ما يعرف ب «الرابوط البرمجي tSoftbot‏ أو «الرابوط المعرفي

Yio

(Knowbot‏ . ويحال إلى هؤلاء «الوكلاء الآليين» تنفيذ المهمات المتكررة» والتعامل مع
الحالات الروتينية . وقد كان من أبرز الدوافع وراء نمو مجال الوكالة الآلية : الإنترنت»
وما صاحبها من ضرورة مسح الشبكة دوريًا للحصول على بيانات معينة وعرضها
على المستخدم (صاحب التوكيل) بالأسلوب الذي يراه. وجديرٌ بالذكر أن الوكيل
الآلي» أو الرابوط البرمجي الذكي» يجب أن يتوافر له 48 من الاستقلالية يکنه من
القيام بالمهمة الموكلة إليه .

٠4‏ جوقة الوكلاء الآليين

تسعى نظم الوكالة الآلية إلى محاكاة ما يجري في مالك التّحل والنمل ؛ بمعنى أن
تتكافل جوقّة من الوكلاء الآليين تعمل بروح الفريق لتنفيذ مهمة أو مهمات معينة . إن
جوقة الوكلاء الآليين ستجوب مواقع المعلومات: تنقب وتجمع وتستخلص وتتحاور
فيما بينهاء لتوزيع الأعمال وتوحيد الآراء وحشد الجهود؛ LS GE‏ يحدث في فرق
العمل البشرية . ويتطلب هذا الأمر تحليلاً دقيقًا لطبيعة عملية الاتصال؛ سواء بين
البشرء أو بين الآلات والوكلاء الآليين.

as
البحث عن المعلومات‎ alas 4

pte pepe S coa d عن‎ csl et ار ر‎ rae
: النقلات النوعية بين المراحل الآتية‎

البحث الدلائي البحث في متن التصوص
Textual search Semantic search‏ البحث في قواعد

البيانات الببليوغرافية

Search in

bibliograhical data البحث الموضوعي‎ Cat تصتيف الوثائق‎
Thematic search Automatic document
categorization

الشكل )4( s‏ مسار تطور نظم البحث عن المعلومات.

Y£^

د. dad‏ علي

44 اقبت فى وات البيانات الببليوغرافية

ساد البحث في قواعد البيانات الببليوغرافية نظم استرجاع المعلومات في مراحلها
الأولى . وتحتفظ قواعد البيانات الببليوغرافية بسجل لكل وثيقة يتضمن قائمة من
البيانات Formatted ikal‏ عن هذه الوثيقة ؛ مثل : عنوانهاء ومؤلفهاء وسنة نشرهاء
وكلماتها المفتاحية ؛ كما يتضمن أحيانًا ملخصًا Ge ye‏ لها. ويجري البحث في قاعدة
البيانات باستخدام هذه البيانات حسب عنوانها .

4 البحث الموضوعي

يعتمد البعحث ا ملوضوعي Thematic search‏ على تصنيف الوثائق يدوياء UG,‏
يسمى المكتز أو شحرة الموضوغات «Thematic tree‏ التي تشمل قائمة الموضوعات
الرئيسية» مفرعة إلى موضوعات فرعية في تسلسل متعدد المستويات؛ مثل : تفريع
المعلوماتية إلى ثلائة موضوعات رئيسية» هي العتاد والبرمجيات وشبكات JE‏
البيانات ؛ ثم تفريع العتاد إلى عتاد الحاسوب ووسائل إدخال البيانات ووسائل
إخراجها؛ثم تفريع عتاد الحاسوب إلى ae‏ البناء الرئيسي ومعمارية بناء
الحاسوب . ويجري البحث الموضوعي بالكلمات المفتاحية الدالة على ا موضوع
باستخدام لغة استفهام (Query language‏ تسمح بأن يتضمن طلب البحث sl‏ من
شرط وأكثر من كلمة مفتاحية . ويتطلب البحث بالكلمات المفتاحية ضرورة التزام
الباحث عن المعلومات بالكلمات المفتاحية كما وردت في XS‏ 6 وهو ما يعرف
بأسلوب قائمة الكلمات المقيدة Controlled vocabulary‏ . ومن أمثلة ذلك : إلزامه
باستخدام كلمة حاسوب» من دون السماح له باستخدام مرادفاتهاء مثل كمبيوتر أو
حاسب آلي أو حاسب إلكتروني. وللتخفيف من هذا القيدء ثمّة نظم استرجاع
معلومات غير مقيدة بمصطلحات Uncontrolled vocabulary yi4‏ . من جانب
آخرء لا بد من أن تلتزم طلبات البحث بالقواعد النحوية للغة الاستفهام المشار

TEY

إليهاء التي تتطلب ole‏ معرفة معيئة لا يلم بها إلا المتخصصون في مجال البحث عن
المعلومات . ولتحرير المستخدم من هذا القيد» هنالك محاو لات عدة لاستخدام اللغات
الطبيعية للبحث عن المعلومات» فيما يعرف بواجهات قواعد البيانات باللغة الطبيعية

. Natural language database front-ends

٤‏ البحث في متن النصوص

مع توافر وسائط تخزين البيانات الضوئية col‏ السعة الهائلة» انتشرت قواعد
البيانات المصدرية التي تخزن النصوص الكاملة للوثائق؛ وليس فقط بيانات إشارية
عنهاء كما هي الحال في قواعد البيانات الببليوغرافية . وصاحب ذلك seo‏ نظم البحث
في متن النصوص «Textual search‏ التي تتيح البحث عن كلمة معينة داخل c oai‏
أو بضع كلمات متقاربة أو متباعدة .

14 تصئيف الوثائق آليا

مع تزايد عدد الوثائق الإلكترونية المتوافرة على الإنترنت» التي تنمو بمعدلات
أسية e‏ أصبحت محركات البحث التقليدية المتاحة عاجزة عن مواجهة هذا الكم الهائل
من الوثائق بفهرستها يدوياء كما هي الحال في الكثير من الأنظمة ا حالية . وأدى ذلك
إلى تطوير آلية لفهرسة الوثائق وتصنيفها موضوعيا . وتعمل غالبية هذه النظم CIL-‏
على أساس إحصائى يعطى ثقلاً أكبر للمصطلحات أو التعابير الأكثر تواترا Jeb‏
ial‏ اانا فلم No pact ja E‏ 233

qal coul O:£:£
مهما كانت دقة الكلمات المفتاحية وعددهاء فإنها تبقى عاجزة عن كشف مضمون‎
طلبات البحث في الإنترنت تستجلب في العادة عددا‎ Of الوثيقة . وخير شاهد على ذلك‎

Y£A

د. نبيل علي
هائلاً من الوثائق لا يخدم معظمها هدف طالب البحث . إن البحث الدلالي يسعى إلى
تجاوز البحث في ظاهر النصوص إلى البحث عن المفاهيم التي تنطوي عليها هذه
النصوص . فمفهوم «الموت» مثلاً يكن التعبير عنه Cai‏ بطرق متعددة؛ مثل: أسلم
الروح؛ رحل عن عالم الفناء إلى عالم البقاء؛ لفظ أنفاسه الأخيرة. وقد يصل الأمر
إلى أن يستنتج «الموت ضمنيا»؛ ols‏ بقال» على سبيل المثال: «لقد عانى ورثة فلان أو
أرملته» من دون ذكر سافر موت هذا الفلان. ويتطلب البحث الدلالي نظما آلية للفهم
الأوتوماتي لمضمون النصوص؛ وهو ما تسعى إليه نظم الذكاء الاصطناعي في أيامنا
هذه .

4 تطور نظم الذكاء الاصطناعي ٠‏
يلخّص الشكل )٠١(‏ مسار تطور نظم الذكاء الاصطناعي ؛ تمثّلاً في مجموعة من
النقلات النوعية بين المراحل الآتية :

نظم الرؤية
الاصطتاعية
Computerized‏
vision systems‏

تمييز الأتماط
Pattern‏
recognition‏

ذكاء» اصطناعي يحاكي ذكاء اصطناعي على sa‏ اصبطناعي على
وظائف المخ البشري أسسى رياضية ومنطقية أسسن هئدسية

التكاسل بين الذكاء
الطبيعي والاصطناعي

Integration of NI
and Al

Engineering - Math- and Simulation of human
oriented AI logic-based AI brain functions

Li
تظم التعلم‎
الذاتي‎
Self-learning
systems

أ هندسة المعرقة
Knowledge‏
engineering‏

الشكل )+1( : مسار تطور الذكاء الاصطناعي.

TEA

٤‏ ذكاء اصطناعي Dual cls‏ هندسية
Oy‏ عالم الرياضيات الإنجليزي OVI‏ تورنغ» قبل ظهور الحاسوب بخمسة عشر
Le‏ » بإمكان تطوير آلات ذكية تستطيع أن Cas ESS‏ من خلال استقراء الواقع
الذي تتعامل معه . وهي النبوءة التي أخذها أهل الذكاء الاصطناعي وهندسة المعرفة
على محمل الحد. (aes‏ يُعلنون عن تطوير آلات SLE‏ قدرة البشر الذهنية: آلات
Cred‏ وتسمع» وتحاورء وتفكرء وتحل المشكلات» وتبرهن النظريّات» وتؤلف

المقالات؛ بل تطرح الأسئلة» وتبتكر الجديد Cad‏

تسرّع البعض حين تصوروا أن هذه السرعة الهائلة وهذه القدرة الحسابية الكاسحة
ووسائل التخزين ذات السعة العالية كافية لحل كثير من المشكلات . وترجع هذه النظرية
المُسرفة في تفاؤلها إلى اعتقاد خاطئ OD‏ الحاسوب بسرعته قادر على توليد جميع
البدائل الممكنة Exhaustive enumeration‏ لحل مشكلة ماء وإجراء المقارنة بين هذه
البدائل LB‏ لمعاييرَ محددة؛ الأمر الذي سيؤدي لا محالة إلى التوصل إلى حل المشكلة
رهن الدراسة في آخر المطاف . في ظل هذا التصور» تتحول مهارة لعب الشطرج إلى
عملية حصر لجميع النقلات الممكنة والنقلات المحتملة التي يمكن أن يقوم بها الخصم؛
مع النظر إلى الأمام عبر عدد محدود من النقلات CJUI‏ لكل وضع محتمل لرقعة
الشطرخ. أما مشكلة الترجمة الآلية» فحلّها يكمن في par‏ جميع معاني الكلمات
bul,‏ تراكيب الحمل فى اللغة المصدر «Source language‏ والمعاني والأغاط المقابلة
لها في اللغة الهدف l . Target language‏

لقد اكتشف سريعًا قصورّ هذه النظرية الميكانيكية عن حل المشكلات القائمة عبر
حصر جميع البدائل الممكنة لها لسبب بسيط وجوهري c‏ هو أن عدد هذه البدائل ينمو
بمعدل متزايد للغاية يصل إلى أرقام يصعب علينا حتى تصورها. فعلى سبيل JUI‏ «
يقدّر عدد البدائل الممكنة للعبة الشطرنج T Va‏ أما عدد تراكيب الجمل» فيصعب
حصره بأي طريقة رياضية أو عملية؛ فهي_أي تراكيب الجمل - لانهائية بحكم

Yo:

د. نبيل علي

4 ذكاء اصطناعي على أسس dala‏ ومنطقية

الرياضيات والمنطق بلا شك وسائل أنيقة للغاية لاختزال Las‏ الظواهر في صورة
قوانين جامعة تسلس لها هذه الظواهر . والإحصاء. وإن كان أقل أناقة هو AN‏
cole a‏ لمر Cyn gl po Sally dnd‏ 0
التفصيلات في هيئة DEG‏ ومتوسطات ومؤشرات . وقد أنشئت نظم ASU‏
الاصطناعي لعالحة اللغات الطبيعية باستخدام قواعد رياضية ومنطقية لتمثيل العلاقات
اللغوية المختلفة؛ كما استخدم الإحصاء في النظم الآليّة للفهرسة والاستخلاص
والترجمة وفهم الكلام.

SJ‏ للرياضيات حدودها؛ ليس فقط لوجود كثير من المشكلات التي لم تخضع
للتوصيف الرياضي بعدء Lally‏ أيضًا لقصور جوهري نابع من داخل المنهج الرياضي
ذاته. وهو ما أثبته كورت غودل في نظريته عن عدم الاكتمال الرياضي؛ حين أثبت أن
هنالك دائمًا مشكلات تستعصي على الحل الرياضي» مهما بلغت قدرة الوسائل
الرياضية المتاحة . وحين نزيد من قدرة هذه الوسائل» تبرز لنا مغضلات أخرى جاوز
هذه القدرة . هذا عن coU ets JE‏ أما Gh‏ فله خدوذه هو الآخر؛ وقدثبت عجر
منطق أرسطو القاطع عن التعبير عن معظم المشكلات الواقعية ء التي هي أبعد ما تكون
عن القطع .

4 ذكاء اصطناعيّ يحاكي وظائف fala!‏ البشري

فى جماعة الذكاء الاصطناعى مدرسة بأكملها تؤمن بأن من الممكن تطوير آلية ذكية
تحاكي وظائف ili‏ البشري دوا حاجة إلى محاكاة cards‏ وذلك لقناعة Ol‏ محاكاة هذه
البئية ليست فقط مستحيلة t‏ بل هي ليست مطلوبة في الأصل . وهنالك نظم عدة للذكاء
الاصطناعي أقيمت على أساس محاكاة بعض وظائف المح البشري؛ مثل : إعراب
النصوص وفهمها وتمييز الأشكال.

يعتمد نجاحنا في إكساب الآلة ARS‏ الذكاء على مدى فهمنا لطبيعة البنى الرمزية

Yo!

التى تتعامل معها آليات الحوسبة الطبيعية داخل المح البشري. لقد رسخت في أذهان
الكثيرين مقولة «اللغة مرآة العقل»؛ ما أدى بهم إلى عد اللغة الإنسانية مدخلا أساسيا
لكشف النقاب عن الكيفية التي تعمل بها أنشطة المخ البشري» لغوية كانت أو غير
لغوية سندهم في ذلك أن النشاط اللغوي يتميز عن غيره من الأنشطة الذهنية في
إمكان حصره دخلا وخر جا؛ فنحن ننطق OV pall‏ ونسمعهاء dd à‏ العيارات
ونفهمهاء ونكتب النصوص ونقرأها. كل ذلك يتحقّق بصورة محسوسة يمكن رصدها
بدقة من نقطة بدايتها إلى نقطة نهايتها . وإذا CU‏ ذلك بنشاط ذهني آخرء مثل الإدراك
Spal‏ وجدنا أن الأخير يصعب اقتفاء مساره دخلا Oey‏

4 ذكاء اصطناعي يحاكي وظائف flat!‏ وبنيته معا

على النقيض من هؤلاء الذين يسعون إلى محاكاة وظائف gll‏ البشري من دون
محاكاة بنيته » يرى فريق آخر من أهل الذكاء الاصطناعي في ذاك التوجه نوعا من قصور
النظرة» أسيتضح فشله إن عاجلاً أو آجلاً . وتتلخص وجهة نظر هؤلاء في أن السبيل
الأنجع إلى تطوير آلات ذكية يكمن في التغلغل في بنية المخ البشري؛ فلا بديل عن
محاكاة بنيته الشبكية بأقصى ما تسمح به رؤيتنا ووسائلنا . ويؤمن هذا الفريق ob‏ بحوث
الذكاء الاصطناعي Y‏ بد لها من أن تسير جنبًا إلى جنب مع علم فسيولوجيا الأعصاب
وبيولوجيا المّخ. وقد أشرنا في الفقرتين 4:7 :۳ و ۲:٠:١‏ إلى الشبكات العصبية
الاصطناعية وإلى معمارية الحاسوب» بصفتها مقدمات في سبيل محاكاة المخ
البشري .

4 من المواجهة بين الذكاء الطبيعي والذكاء الاصطناعي إلى التكامل بينهما
ييل الكثيرون إلى قبول فكرة أن الذكاء الاصطناعي يجب أن لا يناطح المخ
البشري؛ بل يجب أن يتكامل معه . فما يدع فيه OLY‏ يصعب على الآلة أن تقوم به؛
وما تتفوق فيه الآلة يتخلّف فيه الإنسان . ومن أبرز الأمور التي يختلف فيها الإنسان عن
الآله: قدرة المخ ارف على إدراك الأشياء بداهة وبا حس العام أو المعرفة

YoY

das. 2‏ علي
الدارجة ؛ كإدراكنا أن الأشياء الخفيفة لو سقطت لا تحدث صوتاء وأن العين في مقدمة
الرأسء Oly‏ الدموع تتساقط في قطرات »في حين يتساقط المطر رذاذا أو ينهمر
سيولا وأن احمرار الحديد السّاخن يختلف في مغزاه عن احمرار SE‏ هذه النوعية
من المعرفة البدائية Naive knowledge‏ » على ما تبذو عليه من بساطة ‏ هى التى يصعب
على النظم الآلية حصرها Lht y‏ وتوظيفها . وإن افتقدت الآلة الحس والطلاقة » فهي
تتفوق في أمور أخرى ليست بالهينة . فهي لا تنسى مثل الإنسان» وتتفوق على الإنسان
بقدرتها على التعامل مع كم هائل من البيانات؛ علاوة على أنها لا تضجرهء ولا تجأر
بالشكوى» وتعمل في أي ظرف وفي أي وقت.

لقد رأى البعض في هذا التباين SUG‏ لا اختلافًا ؛ وهو ما يوحي بتوزيع العمل بين
الإنسان وآلته الذكية با يتفق وقدرات كل منهما. وفي ظل هذا التقسيم» فإن الإنسان
هو الذي يبتكر» ويتخيل» ويتأمل» ويتعامل مع الحالات الطارئة والاستثنائية ؛ أما
UY‏ فهي وسيلته للاستنتاج» والتحليل» وتمييز العلاقات» وربط العناصر» واختزان
ما لا تستطيع ذاكرة الإنسان حمل . وهكذاء تتحول AS bi‏ الاصطناعي إلى عنصر
دعم وتعزيز للذكاء البشري. وربا يكون ذلك هو المخرج لتحرير البشر من ا مهمات
الذهنية الروتينية » لكي يفرغوالما هو أسمى وأرقى » وحتى يتمكن الإنسان من إثبات
ذاته من خلال الإبداع غاية وجوده في العالم ؛ بدلاً من تبديد طاقته الخلآقة في القيام
بالأشياء المعادة والمعتادة .

4 تطور نظم الترجمة الآلية

يلخص الشكل )١١(‏ مسار تطور نظم الترجمة الآلية؛ Sie‏ في سلسلة من التقلات
النوعية بين المراحل الآنية :

Yor

ترجمةآلية ترجمة آلية على أساس
قاعدية ‏ إحصائية دلالي
Semantics-based MT | |Rule-statistics-based‏

MT‏ ترجمةآلية باللغة ترجمة آلية بنظام ترجمة آلية مباشرة
انظم ترجمة اندماجية الوسيطة التحويل
Direct translation Transfer model MT Interlingual MT Hybrid systems‏
ترجمة آلية بلغة ترجمة آلبة على أساس

وسيطة . دلالية إحصالئي
Statistics-based MT Interlingual and‏

semantics

الشكل )١١(‏ : مسار تطور الترجمة الآلية.

4 الترجمة الآلية المباشرة

عرفت الترجمة الآلية بفشلها أكثر ما عرفت بنجاحها. فقد جازف المغامرون-
وأكثرهم من أهل الحاسوب_منذ عام ١90٠‏ بإقحام الحاسوب قسرا في مجال
الترجمة ؛ على الرّغم من عدم توافر العتاد المناسب ولغات البرمجة الملائمة» والأسس
اللغوية اللازمة . وهو الأمر الذي cod‏ بهم إلى إهمال شبه تام للجوانب اللغوية» نحو
ومعنى . ولم يكن أمام هؤلاء المغامرين إلا اتباع أسلوب الترجمة المباشرة . ويقصد به
الترجمة بأسلوب «كلمة مقابل LS‏ باستخدام مُعجم ثنائي اللغةء مع بعض
الإضافات الشكلية البسيطة لضبط رتب الكلمات داخل الجمل وأشباه الجمل ؛ OLS‏
توضع الصّفة بعد ا موصوف في اللغة العربية بعكس الإنجليزية» أو يقدم الفعل في
الجملة الفعلية في العربية على عكس الإنجليزية» التي لا يتيح تحوها إلا الجملة
ier |‏

استخدم أسلوب الترجمة المباشرة في المحاولات الأولية للترجمة الآلية في بداية
ستينيات القرن العشرين . وكما أسلفناء فقد باءت هذه المحاولات بفشل ذريع . ورأينا
أن نشير إليها هنا لنؤكد الكلفة الباهظة التي دفعتهاء وسوف تستمر في دفعهاء e‏
الترجمة الآلية» إذا لم تأخذ الجوانب اللغوية بأعلى درجات الجدية .

Yot

Yi:‏ الترجمة IW‏ بنموذج التحويل

بعد الفشل الذريع الذي منيت به الترجمة الآلية المباشرة» أدرك الجميع أنه لا كن
تحقيق تقدم حقيقي في هذا المجال من دون إيلاء الجوانب اللغوية الأهمية التي
تستحقها. وفي منتصف السبعينيات من القرن المنصرم» تجدّد الأمل ثانية » وعادت إلى
الظهور مشروعات تطوير نظم الترجمة الآلية» بفضل الزيادة الهائلة في إمكانات
الحاسوب عتادا وبرمجيات» والنقلة النوعية الهائلة في علوم اللسانيات » وبناء قواعد
البيانات المعجمبة ؛ إضافة إلى قواعد ذخائر النصوصء التي مكنت من توفير وسائل
مبتكرة لبناء المعاجم الأحادية . وهكذا حلت محل الترجمة المباشر ة أنهج للترجمة
الآلية أكثر اعمادا على علوم اللسانيات ويعد نظام الترجمة الآلية بنموذج التحويل
Transfer model‏ أكثر النظم شيوعا حاليا. Ey‏ تنجز الترجمة في هذا النظام عبر سلسلة
ا لخطوات الأساسية الآتية :

e‏ تحليل جملة النص نحويا : يتحقّق ذلك من خلال ما يعرف بنظام الإعراب
Automatic parsing I‏ ؛ فيجري اتفكيك» جملة اللغة المصدر إلى مكوناتها
النحوية الأساسية (فعل ‏ فاعل ‏ مفعول- ظرف اسم خبر ‏ جملة شرط ‏ جواب
شرط » وخلافه)» وكذلك إزالة لبس معاني الكلمات GS S‏ للسياق الذي ترد فيه؛ OLS‏
يُحدّد ‏ على سبيل الثال - معنى كلمة «القانون» بمعنى«التشريع» في سياق مثل انتهك
القانون»» وبمعنى «الآلة الموسيقية» في سياق مثل «يعزف على القانون» .

e‏ عملية التحويل: تشتمل على شقين أساسيين» همأ: شق التحويل العجمي
«Lexical transfer‏ وشق التحويل النحوي Syntactical transfer‏ . يقوم ER‏ الأول
بربط معاني كلمات اللغة المصدر التي فك لبسها في مرخلة التحليل مع مقابلها في
اللغة الهدف . ففي جملة «The table included many figures Je Cas‏ يقوم
شق التحويل المعجمي بالسّلسلة الآنية من المقابلات المعجمية : جدول Stable.‏ يشتمل ‏
include‏ + ير - Ul figure ce ¢many‏ شق التحويل النحوي» فيتولى أمر الفروق
اللغوية بين اللغة المصدر واللغة الهدف» من حيث رتبة الكلمات داخل
fot‏ والعّلاقات فيما بينها؛ فتحول الجملة الإنجليزية في محال المذكور إلى جملة

Yoo

فعلية» P‏ رتبة الكلمات في شبه الجملة "many figures"‏ إلى «أرقام كثيرة) .

Ces اللغوي: تقوم بإخراج جملة المصدر التي حولت‎ dissi Klas: e
ونحويا إلى اللغة الهدف . فتوضع الكلمات في صورتها التصريفية النهائية» وتُضبط‎
أواخر الكلمات» وغير ذلك . ففي حين تقف عملية التحويل في الجملة السابقة عند‎
بمعنى «كثير»» وأن كلتيهما فى حالة‎ many بمعنى ارقم» وتحديد كلمة‎ figure تحديد‎
«النصب»». تقوم عملية التوليد بإخراج كلمة «رقم» في صيغة الجمع المنصوبة‎
(أرقامًا) » وكلمة «كثير» في صيغة المؤنث المنصوبة (كثيرة)حتى تتطابق مع موصوفها في‎

تقوم الترجمة الآلية بنموذج التحويل على أساس وجود آلية إعراب آلي لكل لغة
مصدر؛ وآلية توليد لغوي لكل لغة هدف ؛ وآلية تحويل لكل زوج من اللغات تجري
الترجمة بينهما. فهنالك على سبيل المثال ‏ آلية تحويل للترجمة من الإنجليزية إلى
العربية ؛ وآلية تحويل أخرى للترجمة من العربية إلى الإنجليزية . بناء على ذلك » يتضح لنا
TEC ETE‏ في الشركة لاله ecd Jod ch pay‏ مخض دد
اللغات . فإذا افترضنا_مثلا CU‏ آلا ينهض بالترجمة بين ست لغاتء وجدنا أله
يحتاج بنموذج التحويل إلى ست آليات للإعراب الآلي » وست آليات للتوليد
اللغوي» و”ثلائين» آلية للتحويل بين اللغات الست؛ باعتبار كل منها لغة مصدرا تارة
ولغة هدقًا تارة أخرى. وقد سعت إلى hi‏ على هذا القصور WIV e ied‏
باللغة الوسيطة» التي سنتناولها بإيجاز في الفقرة التالية .

4 الترجمة الآليّة باللغة الوسيطة

يبقي نظام الترجمة الآلية باللغة الوسيطة Interlingual‏ على الفصل بين اللغة المصدر
واللغة الهدف فيما يخص OUT‏ الإعراب والتوليد. أما الاختلاف الجوهري» فيكمن
في نظام التحويل ؛ حيث JË‏ اللغة الوسيطة محل مجموعة آليات التحويل play.‏
LE‏ نادير يا جني x‏

Yo

د. نبيل علي
eas‏ الصادر الختلفة . وتقوم اللغة الوسيطة ‏ بدورها بتحويل هذا Lill ELI‏
لآليات الإعراب إلى مقابل نمطي هو الآخرء تتلقفه آليات التوليد للّغات الأهداف
المختلفة المصممة للتعامل معه؛ وذلك من أجل توليد الجملة التي ترجمت.

ومن المتوقع ألا تكتفي الترجمة الآلية باللغة الوسيطة بتوحيد آليّات التحويل؛ بل
ستسعى كذلك حتما إلى توحيد آليات الإعراب والتوليد» بحيث تلبي مطالب اللغات
ال رنود Cilla‏ حار لات ينيغ ما o Gal fal‏ اغا ت طون اتناك
إعراب وتوليد عامة لجميع اللغات . ويستند هذا النهج إلى النظرية اللغوية التي وضعها
نعوم تشومسكي على أساس وجود انحو عام (Universal grammar‏ .

4 الترجمة الآلية على أساس دلالي .

JSD)‏ ما استعرضناه من نظم الترجمة الآلية حتى الآن ipe‏ من منطلق نحوي» ينظر
إلى عنصر «الدلالة» (أو المعنى) باعتباره تابعًا أو مكمّلاً Che‏ للمعالجة
النحوية . ويلقى هذا التوجه ذو «التمركز النحوي» معارضة شديدة من أهل «الدلالة»
فيمايخ ص "«التنظير اللغوي؛؛ ومن AS‏ فهم نظم «الترجمة الآلية» ذات النهج
النحوي. فعملية الترجمة في جوهرها كما lal y‏ هؤلاء الدلاليون-ولهم كل الحق في
ذلك هي نقل المعنى من اللغة المصدر إلى اللغة الهدف . لذلك» فكل محاولة للترجمة
الآلية لا تنخذ من الدلالة منطلقًا لها هي عملية محكوم عليها في نظرهم بالفشل

CIE 5s‏ يعكف المختصون على إجراء بعض البحوث في مجال الترجمة الآلية على
أساس دلالي. ولا يتسع المجال هنا للدخول في تفصيلاتها التقنية . لكنها ‏ بإيجاز uri‏
على أساس التحليل الدلالي لنص اللغة المصدر رهن الترجمة بصياغته في هيئة ما
aye‏ ب (الشبكة c (Semantic net à JV aM‏ أو#مخططات Conceptual «AL A!‏
ctgraphs‏ التي تحيل النص إلى مجموعة من الأفكار الرئيسية والفرعية التي تترابط من
خلال شبكة كثيفة من العلاقات اللغوية والموضوعية والمنطقية . وتقوم آلية أخرى»

a‏ ف «آلية الاستنتاج الأو توماتي «Automatic inference machine‏ بالنفاذ إلى
مضمون الشبكة الدلالية لإعادة ترتيب الأفكار والعلاقات با يتناسب ومطالب اللغة
الهدف . وتُسلّم آلية الاستتتاج خرجها إلى آليّة أوتوماتيّة أخرى لتوليد النصوص
Automatic text generation‏ « لتقوم ‏ بدورها- بتحويل هذه الأفكار والعلاقات إلى
NESCIUS‏

4 الترجمة الآلية على أساس إحصائي

تعتمد هذه النظم على الأساليب الإحصائية» وحل المشكلات التي تواجه عملية
الترجمة الآلية القائمة على القواعد اللغوية ؛ سواء النحوية منها أو الدلالية . وتقوم هذه
النظم بوظائف أساسية عدة» يمكن إيجازها على النحو الآتي :

« تمييز الموضوع الرئيسي ie Bole ody‏ تتناولها الوثيقة رهن
الترجمة ؛ وذلك باستخدام ما يعرف بأساليب الفهرسة الآلية للوثائق Automatic‏
indexing‏

© إزالة لبس الكلمات» انطلاقًا من معرفة موضوع الوثيقة» باستتخدام العلاقات بين
الكلمات وتلازم ورودها داخل الن ص ومعدل تكرارها. Op‏ وردت كلمة «عقد؛ ‏ على
سبيل الخال - مصاحبة لكلمة oy AM‏ فهي بمعنى «اتفاق»؛ لا بمعنى «قطعة حلي»» أو
«فترة زمنية» Gf.‏ كلمة «المورد»ء فهي بمعنى «القائم بالتوريد» ؛ لا بمعنى «المصدر» .

« تمييز Ul‏ الجمل المختلفة في اللغة المصدر على أساس من القرائن السطحية في
التص؛ كأدوات الشرطء والأفعال الناقصة» وفواصل الجمل» والحروف» وأدوات
النفى» وما شابه ذلك . ولتوليد المقابل لها فى اللغة الهدف» يختار هذا المقابل Cat‏
edat‏ التفضيل الإحصائي؛ حيث يُنتقى نمط اللغة الهدف الذي يتكرر استخدامه
مقايلاً لنمط اللغة المصدر ؛ وهو ما يعرف بأسلوب «الترجمة من خلال الأمثلة) .

0 بناء المعاجم الأحادية GU‏ المصدر مباشرةً من ذخيرة النصوص الواردة فيهاء
والمعاجم الثنائية» باستخدام ذخائر النصوص الثّنائيّة اللغة» التي OAS‏ فيها أعداد هائلة
من النصوص المترجمة .

Toa

د. تبيل علي

ونود أن Lot‏ في ختام هذا العرض للأنهج المختلفة للترجمة الآليّة إلى بعض
المحاولات التي تسعى إلى دمج تلك الأنهج في edil‏ هجينة» نذكر منها محاولات دمج
الهج التحويلي مع التهح الإحصائي» والدمج بين نظم اللغات الوسيطة والنظم القائمة
على أساس دلالي .

4 تطور الرابوطيات

يمثل الإنسان الآلي أو «الرابوط» أحد إنجازات الأتمتة الدقيقة . وهو وليد التقاء
الحاسوب. والإلكترونيات الميكروية» وهندسة التحكمء والبرمجيات . ومثْلّما تطور
ذكاء الجنس البشري عبر العصور البيولوجية من صورته البدائية حتى ارتقى إلى صورته
الحالية الراقية؛ تطور ‏ ويتطور_ذكاء الآلة من أبسط الأدوات إلى أعقد النظم
والآلات؛ وصولاً إلى الرابوط العاقل العارف ذي الحواس الآلية المرهفة والقدرات
الذهنية الاصطناعية الهائلة› التي تنمو دومًا بفعل آليات التعلّم الذاتي عبر التفاعل
المباشر مع الواقع .

ا الحاسوب. توالت أجيال الرابوط . فتطور رابوط الجيل
الأول الغشيم» الذي يقوم بمهمة روتينية محددة. إلى رابوط الجيل الثاني الذي يمكن
إعادة برمجته من أجل توسيع مجالات استخدامه والمهمّات التي يقوم بها . ثم جاء
رابوط الجيل AILS‏ ؛ oh‏ بالكثير من وسائل التحكم بواسطة الحاسوب الذي يمذه
رابوط play‏ التغذية الراجعة Feedback‏ التي SE‏ من التكيف مع بيئة العمل
وبحواس الرؤية الاصطناعية» ويكسب أذرعه الآلية مرونة الحركة لتصل إلى ما تريد أن
تمسك به» ويهب قبضة هذه S‏ الحساسية الكافية حتى يمكنها إمساك الجامد والتقاط
الدقيق والترقق بالرهيف والليّن. ويستمر التطور في مشوار صعودهء e‏ إلى بناء
زوابيط قادرة على العمل بروج الفريق من حلال التواصل فيما بينها . ولا يتوقّف الأمرٌ
عند هذا الحد € ]3 يتم حاليا تزويد الروابيط بالقدرات اللغوية والخلفية المعرفية لتتمكن

من التواصل الذكي مع رفاقها من أصحاب الياقات الزرقاء والبيضاء .

ويأتي علماء النفس CGN na‏ على النار؛ حين يصدرون e‏ في عدم

Yoa

جواز فصل المعرفة عن المشاعر المصاحبة لها. فأيقن أهل الذكاء الاصطناعي استحالة
الفصل بين الذكاء الذهني والذكاء العاطفي. وهم يسعون حاليا إلى تطوير روابيط
تظهر العواطف. وتتأثر بالمواقف: وتعتصرها الآلام» بصرف النظر عما يقال عن
ضحالة هذه المشاعر مهما ارتقت النظم الآلية . وثمة من يتحدّث عن «الرابوط القديس»
المتفاني في حدمة غيره» بعد أن تخلّص من أنانية OLS‏ وزال عنه شعورٌ القلق على
بقائه . وهذا الرابوط يمكن استنساخه في روابيط أخرى . والخلاصة أن هناك قناعة لدى
الكثيرين بضرورة كسر احتكار الإنسان AKT‏ الذكاء. وغدا مستساغًا القول إن Xa‏
bul‏ متعددة من السلوك الذكي» وفضاء متسعا من العقول؛ لا عقلاً واحدًا هو عقل
الإنسان.

f‏ الوسائط المتعددة

ترتكز تكنولوجيا الوسائط المتعددة على أفكار محورية» هي :
e‏ الرقمتة Digitization‏ ¢

¢ Hypertext النصي‎ atl ٠

. Hypermedia الو سائطي‎ aes e.

A1 3,1 MAE
من أهم إتحازات تكنولوجيا المعلومات إسقاط الحواجز الفاصلة بين أنساق الرموز‎
وأنغام» وصور ثابتة ومتحركة. ويرجع الفضل في‎ sol poly c المختلفة من نصوص‎
التي جحت في تحويل هذه الأنساق الرمزية جميعها‎ Casus Jn ذلك إلى تكنولوجيا‎
كي تتواءم مع نظام الأعداد الثنائي»‎ ٠ إلى سلاسل رقمية قوامها « الصفر والواحد‎
الذي هو أساس عمل الحاسوب . وتستند الرقمنة إلى مفهوم بسيط يتمثل في إمكان‎
بها‎ Fea تحويل جميع أنواع المعلومات إلى مقابل رقمي. فحروف الألفباء التي‎

$ 724

الكلمات والنصوص يعبر عنها بأكواد رة ية تناظرهذه الحروف رقما

Te

د . dad‏ علي
بحر ف ؛ والأشكال والصور تمسح إلكترونيا لتتحول إلى مجموعة هائلة من LEJI‏
المتراصة والمتلاحقة. ويمكن et‏ كل نقطة من هذه النقط رقميًّا؛ سواء من حيث
موضعهاء أو لونّهاء أو درجة هذا اللون. فبالنسبة إلى الموضعء يعبر عنه بدلالة
shim MI‏ ثيين السيني والصادي» كما في الهندسة التحليلية t‏ ومن Cady fad‏ بقيمتي
هذين الإحداثيين ب p ee‏
الألوان» وطيف ظلالهاء ودرجة بريقها أولمعانها. hey‏ رقمنة الطيف الموجي
للأصوات والكلام والموسيقى ‏ مقارنة بماذكر أكثر أمور الرقمنة تعقيدا؛ e‏
هذا الطيف الموجي الحامل لهذه الإشارات المسموعة بدرجة عالية من عدم
الانتظام . وتجري عملية الرقمنة عن طريق أخذ عينات من هذا الطيف على فترات زمنية
قصيرة فيما يعرف بأسلوب أخذ العينات Sampling‏ التي تمثل نط التغير في شكل
الموجة الحاملة لهذه الأصوات . fey‏ هذه العينات C‏ بالقيمة الكمية لاتساع
الموجة» مقرونة بزمن انتقائها .

وقد شبَّه البعض ما فعلته الرّقمنة في مجال أنساق الرموز با فعلته الحرارة في pee‏
الفلزات في سبائك معدنية مختلفة . وهكذا خرجت إلى الوجود ثقافة الوسائط المتعددة
«Multimedia‏ التي يمكن أن تتعامل بيسر مع تلك «السبائك الرقمية» » لا تفرق بين
حرف وصوت. أو بين نص وشكل ؛ فجميع أنساق الرموز استحالّت فيضا متدفقًا من
سلاسل «الصفر والواحد» ذ في أعلى درجات التجريد الرياضي والمنطقي .

4 التشعب النصي

يعد التشعب النصي UIE jlo‏ الت روا ا ارت فی go ddl Da‏
ye a‏ والتي بست ح يل القيام بها يدو أي من دون الات عسانة
بالحاسوب . ويقصد بالتشعب النصي إمكان التنقل من أي موضع داخل النص إلى أي
موأضع آخر مرتبط به بأي نوع من العّلاقات التي تربط بين فقرات النصوصء والتي
تكو عل ليل اال cati‏

tid علاقات‎ e

TUH

e‏ علاقات منطقية ؛

e‏ علاقات زمانية؛

. مكانية‎ DUE e
لقد أحال التشعب التصى النصوص إلى غابةكثيفة من علاقات الترابط التى تكشف‎
من جانب» وتخلص القارئ من خطية السّرد المسلاحق للنصوص‎ pal عن بنية‎
المطبوعة من جانب آخر. إن التشعب النصيء بالنظر إليه وسيلة للبحث داخل‎
النصوص » يقترب من الأسلوب الذي يعمل به ا مخ البشري ؛ من حيث تداعي الذاكرة‎
البشرية ذات القدرة الهائلة على التشعب والتفرع والتنقل السريع من مفهوم إلى أخر‎

ومن معلومة إلى أخرى .

٤‏ التشعب الوسائطي

يمكن النظر إلى التشعب الوسائطي على أنه توسع في مفهوم التشعب. ففي حين
يقتصر الأخير على العلاقات داخل النص» يتجاوز التشعب الوسائطي aN‏ ليربطه
بجميع أنواع الوسائط الأخرى» من آشکال» وأصوات» وموسيقى» ورسومات
متخ ركة »وصور » وغيرها . إن التشعب الوسائطي يشير الكثير من المفاهيم والقضايا في
Me‏ أنساق الرموز المختلفة بعضها مع بعض : علاقة النصوص بالأشكال» وعلاقة
لغة الشكل بلغة الموسيقى ولغة السينماء وما شابه ذلك . وأخيراء تجدر الإشارة إلى أن
الوسائط المتعددة تمثل تكنولوجيا جامعة تتداخل تطبيقاتها في جميع المجالات؛ ما
يجعل من الصّعب تحديد تطبيقاتها أو مجالات تسويقها.

45 الواقع الافتراضي

4 الموجة القادمة لتكئولوجيا المعلومات

الواقع الافتراضي مفهوم آخر من تلك المفاهيم المثيرة التي أضافتها تكنولوجيا
المعلومات إلى قاموس حياتنا المعاصرة . ويمكن النظر إليه على أنه بيئة اصطناعية لممارسة

1Y

د. نبيل علي
الخبرات بصورة أقرب ما تكون إلى تلك الخبرات في دنيا الواقع . أما dU‏ النمطي
الشائع» فهو محاكي الطيران c Flight simulator‏ المستخدم في تدريب الطيارين على
الطيران فوق الأرض» قبل تدريبهم في الجو. ولتكن نقطة بدايتنا في تقريب المفهوم إلى
أذهان القراء أن نعقد مقارنة بين نظام للتدريب على الطيران يعمل بأسلوب النظم
الخبيرة ونظير له يعمل بأسلوب الواقع الافتراضي . يسجل النظام الخبير حصيلة تجارب
الطيارين المخضرمين في الطيران» وكيفية تصرفهم في المواقف الطارئة والصعبة ؛ وذلك
من خلال صياغة ما يتخذونه في مثل هذه المواقف من إجراءات وقرارات فى مجموعة
من القواعد على غمط: ناذا فل o3, 4+ à lpg allia tee gh‏ هذه
القواعد في قاعدة معارف «Knowledge base‏ ايستشيرها» الطيار المتدرب عن طريق
توجيه الأسئلة وتلقي الإجابات . وشتان بين قاعدة معارف الخبرات المسجلة تلك وبين
الإحساس الفعلي بهذه الخبرات من خلال تمارستها عملي باستخدام محاكي الطيران»
الذي يعمل بأسلوب الواقع الافتراضي . وهو بصورة مبسّطة ‏ نظام أرضي يحاكي US‏
ما يحدث في واقع الطيران؛ ما يضع الطيار المندرب في بيئة أقرب ما تكون إلى الظروف
العملية» التي سيواجهها في طيرانه الفعلي . إن نافذة نموذج الطائرة في هذا المحاكي
الافتراضي ليست زجاجًا Gole‏ بل شاشات عرض متصلة بحاسوب BOS‏ جميع
بيانات الطائرة ومحركهاء وكذلك مسارات الرحلات الجوية وطبيعة الأجواء وبيانات
المطارات ومرات الهبوط والإقلاع وطرق الاقتراب منها. وفي أثناء تشغيل محاكي
الطيران» يتوالى عرض الصور على شاشة النافذة بشكل دينامي يتغير وفقًا لوضع
الطائرة وموضعهاء ومعدل هبوطها أو صعودهاء وتسارعها أو تباطتها.

والآن» دعنا نتخيل نافذة محاكي الطيران هذه وقد تحولت إلى نظارة مركبة على
خوذة متصلة بجهاز الحاسوب» يرتديها الشخص التفاعل مع النظام . فبالطريقة ذاتهاء
يتغير شكل ما يعرض على شاشة هذه النظارة مع تغير حركة الرأس (وهو مايناظر
حركة الطائرة في مثال محاكي الطبران)» ليخيل لهذا الشخص وكأن العالم يتحرك من
حوله مع حركة رأسه. كمايحدث في الواقع . وتمثل هذه النظارة الفريدة» أو
«الوهامة»» بداية لصنع سلسلة من وحدات التفاعل والتعامل مع نظم الواقع

TW

الافتراضي» التي تعمل بأسلوب المحاكيات الرقمية . وتشمل هذه Abed‏ بج انب
الوهامة» القفاز الحساس ذا الأسلاك الذي يرتديه المتعامل مع النظام» ليلمس أو يسك
به الكائنات الافتراضية» والحلّة الحساسة التي تنقل حركة جسده وأعضائه إلى النظام
الذي ينقل بدوره إلى الحلة الحساسة ردود فعله ؛ لتضغط حلَّة البيانات - كما تسمى
أحيانًا ‏ على مواضع جسده وعضلاته .

شود فط و تلم اراق TNT NE‏
الفكرة المحورية للتكنولوجيا الافتراضية هي مفهوم الشعور بالانغماس في تلك العوالم
الصناعية المشيّدة من الأرقام والرموزء وتعليق إدراكنا بعدم واقعيتها. ويتولد الشعور
بالانغماس بفعل ثلاثة عوامل متضافرة» هي: خداع الحواس» وتوليد الأشكال
المجسمة الثلاثية الأبعادء ورد فعل النظام ديناميًا مع حركة الرأس أو حركة العين أو
d‏ الخسد أو الأطراف أو الأصابع . أما تعليق الإدراك بغرض توهّم الافتراضي als‏

حقيقي» فليس بالأمر العسير . فهو تجربة نفسية يمارسها الإنسان كثيرا عند مشاهدة
الأفلام أو المسرحيات» أو قراءة الروايات» أو تقبل النوادر والمبالغات .

لقد أسقطت نظم الواقع الافتراضي الحاجز الرابع» لينفذ مستخدمها إلى ما وراء
شاشة الحاسوب : يجوب عوالم الوهم ؛ متحررا من قيود الجسد. وقيود قوانين الطبيعة›
وقيود قوانين المجتمع . وفي هذه الحالة» لا عائق ants‏ من أن يخترق الحوائط » ويهوي من
أعلى الشواهق ليرتطم بالأرض من دون أن يصاب بخدش » ويشجول داخل المفاعل
النووي من غير أن تصهره حرارته العالية أو يبيده إشعاعه المميت . وكما يكن الواقع
الافتراد ضيّ الإنسان من الإبحار في ا مكان» فهو Cad ee‏ من التجوال في أزمنة الماضي
y ci udi‏ ام أزمنة المستقبل القادمة» أو الخلط بينها فيما يعرف بالخلط الزمني Time‏
scrambling‏ .

إن تكنولوجيا الواقع الافتراضي ليست مجرد تكنولوجيا جديدة؛ بل نقلة نوعية من
مرحلة أساسها المعلومات إلى مرحلة أكثر as‏ أساسها نظم المحاكاة الرقمية Li.‏
المعلومات وهي تعمل » وقد تجسدت في هيئة كائنات افتراضية تدفع وتلمس وتضغط ,
وقوى فعلية تجذب وتدفع » وأصوات تعلو وتخفت» وأضواء تتوهج وتخبو.

Fue

٠4‏ أمثلة من تطبيقات الواقع الافتراضي

هنالك الكثير من تطبيقات تكنولوجيا الواقع الافتراضي» اخترنا منها هنا بعض
الأمثلة ذات المغزى الثقافي ؛ وهي :

)1( محاكاة gly‏ قائم: : ومن أمثلة ذلك ll‏ على قيادة sols ii‏ وإجراء
التجارب في المعامل الافتراضية» حيث يكن للطالب تعر دقائق تى الذرات والجزيئات
والجينات » والتحليق في فضاء المجرات» والغوص في أعماق المحيطات ؛ بل يمكنه Cal‏
أن يقلّص من حجمه» ليسري- على سبيل المثال- مع الدماء في رحلتها عبر مسالك
الدورة الدموية . وإضافة إلى ما سبق » تستخدم تكنولوجيا الواقع الافتراضي في إقامة
عوالم ميكروبة » أو حاضنات معرفة كما تسمى Clot‏ يمارس فيها الطالب حرية التعلم
بالاكتشاف ومن خلال التجربة والخطأ.

(ب) GLE‏ عوالم من صنع الخيال: لتحاكي she‏ لتعيد Lovely‏ ليس له مقابل في
عالم الواقع ؛ كأن تحاكي عمليات التطور البيولوجي عبر العصور الجيولوجية: أو تعيد
NT‏ ل امي DR‏ : لين هذا
LL‏ بل أيضمًا أن نفارق عالم الاديات لنقيم عوالم رمزية من أبجديات الأشكال
والأرقام والمفاهيم وما شابههاء لتتجسد تلك المجردات أمام نواظرنا في حيوية دافقة»
كاشفة لنا أسرارها ومغازيها وعلاقاتها. وقد استخدم هذا الأسلوب الافتراضي الرمزي
بالفعل لتجسيد تقلبات بيانات البورصة ومعاملاتها الكثيرة السريعة التغير.

(ج) تعزيز حواسنا وحدود قدراتنا الجسمية: فالواقع الافتراضي يمكن أن he‏
مثلاً- بعيون نرى بها الأشعة تحت الحمراء أو الأشعة فوق البنفسجية, وبآذان نلتقط بها
ماهو خارج نطاق الذبذبات المسموعة» وبأطراف نصل بها إلى ما لا يطال» وبأصابع
دقيقة نحيلة نمسك بها الدقيق والمائع .

4 المعلوماتيّة البيولوجية
Owls‏ تطبيقات نظم المعلومات في البيولوجيا الميكروية والهندسة الوراثية» إلى

Y1o

الحد الذي يكننا من عدها فرعا متخصّصا قائما بذاته» هو المعلوماتية البيولوجية
CBio-informatics‏ التي يمكن تحديد أهدافها الرئيسية فيما يأتي :

e‏ استخدام قواعد البيانات للسيطرة على كم المعلومات الهائل» الذي تتسم به
التطبيقات البيولوجية .

0 ابتكار طرق للبحث في قواعد البيانات البيولوجية من أجل العشور على bul‏
معينة لسلاسل الحروف (الكود الوراثي) التي تناظر عادة بروتينًا معيئًا؛ سواء كان في
جينوم الكائن الحيوي» أو تفرزه الفيروسات التي تهاجمه. لقد تحول البحث في
المعلومات البيولوجية إلى عملية «تنقيب» في مناجم البيانات تقوم أساسا على تقنية
تمييز DUM‏ الذي يعد أحد الفروع الأساسية للذكاء الاصطناعي .

à, ol olds ul e‏ جديدة ؛ وذلك باقتراح مضادات حيوية» أو مضادة لتلك التي
تفرزها الفيروسات المسببة للمرض . إن الوصول إلى التركيبة الجينية لأدوية العلاج
الورائي تلك يحتاج إلى اختبار عدد ضخم للغاية من السلاسل الجيئية» وصولا إلى
التركيبة الناجحة؛ ومن ثم اختبار مدى فاعلية هذه التركيبة في «تحييد» البروتينات التي
. تفرزها القيروسات.

علاوة على ما سبق» تساهم المعلوماتية البيولوجية في مجال تكنولوجيا الخ
والأعصاب» وما تسعى إليه هذه التكنولوجيا البازغة من تعزيز المخ برقائق أعصاب
«Neurochips‏ تعريضًا عما يفقد نتيجة الإصابة» أو التقدم في العمرء أو من أجل
زيادة القدرات الذهنية» وتحسين السلالة البشرية (علم اليوجينيا (Eugenics‏ .

1

الفصل السابع

الاتصالات

آ. د. منصور إبراهيم ارشيد العبادي

ONU س‎ Mi

الأستاذ الدكتور منصور إبراهيم ارشيد العبادي

AALS

حاول البشر في العصور الماضية تسريع نقل الأخبار فيما
بينهم؛ لكنهم لم يوفقوا في ذلك . فكان أقصى ما حققوه أن
استخدموا النار والدخان والطبول للإخبار عن وقوع بعض
الأحداث المهمة؛ كما استفادوا من الحمام في نقل الرسائل . ومع
اختراع الكهرباء في مطلع القرن التاسع عشر واستخذامها في
أنظمة الاتصالات الكهرمغناطيسية» تمكن الإنسان من زيادة سرعة
نقل المعلومات إلى أعلى سرعة كونية» وهي سرعة الضوء.
فاستّخدم التلغراف عام ۱۸۳۷ JES‏ الرسائل المكتوبة» والهاتف
عام ۱۸۷١‏ لنقل الرسائل الصوتية. وتوالى بعد ذلك ظهور
الأنواع المختلفة من أنظمة الاتصالات الكهربائية. لقد حققت
أنظمة الاتصالات للبشر كثيرا من الأماني والأحلام التي كان
مجرد التفكير بها يعد ضربا من الخيال. فحطمت حاجز المسافات
بينهم» وأصبحوا يتحدثون بالهواتف وهم متباعدون مئات بل
آلاف الكيلومترات» ويتحاورون وجها لوجه من خلال الشاشات

YIA

التلفزيونية والهواتف المرئية» ويشاهدون للتو ما يقع في هذا العالم من أحداث من
خلال مئات المحطات التلفزيونية» ويرسلون رسائلهم ومستنداتهم في ثوان معدودة من
خلال أجهزة الناسوخ (الفاكس) والبريد الإلكتروني» ويطالعون الكتبٌ والمجلات
والصحف» وينجزون أعمالهم المكتبية ومعاملاتهم المالية والتجارية وهم في بيوتهم
وأماكن عملهم من خلال شبكات المعلومات وشبكة الإنترنت. ولم يقتصر دور
أنظمة الاتصالات على نقل المعلومات السمعية والمرئية والمقروءة؛ بل تعداه إلى
تطبيقات بالغة الأهمية. فاستخدمت هذه في أنظمة التحكم والقياس والمراقبة
والاستشعار لنقل الإشارات بين مختلف الأجهزة والمعدات الموجودة في الطائرات
والقطارات والصواريخ والمقاريب (التلسكوپات) الفضائية والأقمار الصناعية
(السواتل) والمحطات الفضائية ومحطات الأرصاد الجوية والمفاعلات النووية والمصانع
والمستشفيات . كما استخدمت في أنظمة الملاحة المختلفة؛ كالرادارات وأنظمة تحديد
الموقع وأنظمة الاستهداء والتوقيت لتسهيل حركة الطائرات والسفن والقطارات
والمركبات وتجنيبها الكثير من المشكلات. كالتصادمات والاختناقات والضياع . ومع
تدني كلفة نقل المعلومات» نتيجة لاستخدام الألياف الضوئية والأقمار الصناعية»
بدأت تظهر تطبيقات جديدة للاتصالات كالتعليم والتطبب والعمل والتسوق عن بعد؛
ما يجعل العالم قرية صغيرة» بحيث لا يكاد يحس الشخص بفارق المسافات التي
تفصله عن الأشخاص والمؤسسات التي falar‏ معها .

إن تسمية هذا العصر عصر المعلومات لا تعود فقط إلى ضخامة كمية المعلومات التي
أنتتجها الفكر البشري في شتى ميادين المعرفة؛ بل أيضاً إلى السهولة البالغة في JE‏
المعلومات وتخزينها ومعالجتهاء باستخدام أنظمة الاتصالات التي تنقل مختلف أشكال
المعلومات بمعدلات عالية وبسرعة الضوء إلى أي مكان على الكرة الأرضية e‏ وأنظمة
الحواسيب والمسجلات السمعية والمرئية التي تعالج المعلومات وتخزنها وتظهرها بشكل
إلكتروني» فيتحقق الوصول إلى المعلومة المطلوبة في لمح البصرء بدلا من البحث
البطيء في بطون الكتب والمجلات والصحف . ومع أن ثورة المعلومات ظهرت مع
ظهور التلغراف والهاتف في القرن التاسع عشر»ء وقفزت قفزة كبيرة بعد ظهور

¥

أ. د. منصور العبادي
الحواسيب في منتصف القرن العشرين» فإنها لم تصبح واقعا ملموسا إلا في بداية
التسعينيّات؛ بعد ظهور شبكات المعلومات» خاصة شبكة الإنترنت التي مكنت
المستخدمين من الوصول إلى مراكز المعلومات في شتى أنحاء العالم . واليوم يكاد لا
يخلو منزل في العالم من أحد أجهزة إرسال المعلومات واستقبالهاء كالهاتف والناسوخ
والراديو والتلفزيون والحاسوب والمسجلات السمعية والمرئية التي يتدفق منها كميات
ضخمة من المعلومات» التي تبشها آلاف المحطات الإذاعية والتلفزيونية» أو تنقلها
شبكات الهواتف وشبكات المعلومات المختلفة . لقد أصبح عدد التلفزيونات والهواتف
والحواسيب في أي مجتمع مؤشرا على تقدمه في مجال المعلوماتية . وبلغ المتوسط
العالمي لهذه الأجهزة في عام ١444‏ لكل مئة شخص YV‏ تلفزيونا و9١ Lisle‏ و é‏
حواسيب. لكن الدول المتقدمة تستأثر بنصيب الأسد منها؛ إذ بلغ المتوسط في أمريكا
٩‏ تلفزيونا و١5‏ هاتغاو ۲۰ حاسوبا؛ في حين بلغ في الدول النامية VA‏ تلفزيونا و ©
هواتف وحاسوبا واحدا. وتنهض المعلومات اليوم بدور فعال في تقدم المجتمعات
ورفاهيتهاء وأصبح ما ينفق على شرائها من مصادرها المختلفة في بعض الدول يساوي
LS‏ شراء الطعام. ففي أمريكاء على سبيل المثال» يدفع الفرد 110 من دخله لشراء
المعلومات التي تشمل كلفة التعليم والكتب والمجلات والصحف وأجور المكالمات
الهاتفية والقنوات التلفزيونية والإنترنت» وشراء أشرطة وأقراص السمعيات والمرئيات
وألعاب الحاسوب واستئجارها.

إن ثورة الاتصالات وا معلومات لم تكن لتصل إلى ما وصلت إليه M d‏ مجموعة
اكتشافات واتمتراعات codd‏ على مدى قرنيْن من الزمن؛ كالكهرباء COAT)‏
والتلغراف CAV IL Gly CATV)‏ والم وجات الك رمغناطيسية
QA)‏ والمقسم الآلي AS‏ وأنبوب الأشعة المهبطية ead (VAS)‏
الإلكترونى 70 CO‏ والتلفزيون (۱۹۲۸)ء والحاسوب AEO)‏ والترانزستور
ijf (OA EV)‏ المتكاملة (40A)‏ والليزر c9)‏ والليف الضوئي
edt (4 V)‏ الدقيق CAVI‏ ونهض الترانزستور بدور رئيسي في هذه الثورة»
Lo gras‏ بعد cL Of‏ اداد كبيرة مه على PE dong pt‏ من السليكون عا ut‏

Y1

الدارة المتكاملة e‏ الأمر الذي ساعد على تصنيع أجهزة إلكترونية ذات قدرات عالية
وحجوم صغيرة وقليلة الاستهلاك للطاقة. لقد ارتبط تطور أنظمة الاتصالات
والمعلومات ارتباطا وثيقا بتكنولوجيا الدارات المتكاملة . فلولاها لكان حجم الهاتف
النقال بحجم خزانة كبيرة فيما لو صنع من الترانزستورات المنفردة ؛ وبحجم غرف عدة
فيمالو صنع من الصمامات الإلكترونية. ووصل عدد الترانزستورات على الدارة
المتكاملة الواحدة في نهاية القرن العشرين إلى ما يزيد على سبعة ملايين ترانزستور»
بعد أن كان لا يجاوز العشرة عند اختراعها. وإلى جانب الترانزستور والدارة
المتكاملة» كان للتكنولوجيا الرقمية دور بارزٌ في ثورة الاتصالات والمعلومات. فقد
عملت على تحويل مختلف أشكال المعلومات إلى شكل واحد هو سلسلة من النبضات
ذات المستويين. وهذا أدى إلى استخدام تكنولوجيا الإلكترونيات الرقمية باعتبارها
تكنولوجيا موحدة لتصنيع أجهزة الاتصالات والمعلومات جميعهاء واستخدام المعدات
نفسها لنقل مختلف الإشارات الرقمية وتخزينها؛ كما أدى إلى إرسال المعلومات
لمسافات بعيدة وبمعدل أخطاء منخفض وإلى ضغط المعلومات إلى درجات كبيرة .

١.المعلومات:‏ أنواعها وطرق تمتيلها

فضل الله الإنسان على كثير من مخلوقاته بقدرته على التعلم والتفكير والكلام
والعمل . وزوده بحواس يستطيع بها جمع المعلومات من المحيط الذي يعيش فيهء
وبعقل قادر على تخزين هذه المعلومات ومعالحتهاء وبأعضاء قادرة على إخراجها
بأشكال مختلفة» كالنطق والكتابة والتأشير والرسم والعمل . وبالرغم من الدور الكبير
الذي نهضت به المعلومات في حياة الإنسان» ISL‏ توضع معايير لقياس كمياتها إلا
الرياضية لما يسمى نظرية المعلومات . فبين أن كمية المعلومات في معلومة ما تتناسب
عكسيا مع احتمالية حدوثها؛ أي أنه كلما زادت كمية المعلومات فيها قلت احتماليتها .
واستحدث وحدة لقياس المعلومات أسماها «بت». [EE‏ هذه كمية المعلومات المكتسبة

YYY

أ.د. متصور العيادى

في إيجاد طرق وتكنولوجيات متقدمة لنقل مختلف أنواع المعلومات وتخزينها
وتشفيرها وضغطها؛ ما أدى إلى مضاعفة كمية المعلومات المنقولة عبر قنوات الاتصال
أو المخرنة في مُعَدَات التخزين» وإلى إمكانية إرسال المعلومات لمسافات شاسعة قد
تصل إلى مئات الملايين من الكيلومترات» وإلى تقليل نسبة الخطأ في المعلومات المنقولة
إلى مستويات متدنية . وقُسمت إشارات المعلومات إلى أربعة أنواع» هي: الإشارات
السمعية» وتشمل جميع الأصوات التي تسمعها الأذن البشرية؛ والإشارات المرئية»
وتشمل جميع المشاهد المتحركة التي يمكن للعين البشرية رؤيتها؛ والإشارات
المقروءة» وتشمل كل ما هو مكتوب أو مرسوم أو مصور؛ وإشارات البيانات»ء وتشمل
الإشارات التي تولدها الحواسيب وأجهزة القياس والتحكم والرادارات والمستشعرات.

fos‏ المعلومات كهربائيا بتحويل الكمية الفيزيائية الحاملة للمعلومات إلى جهد أو
تيار كهربائي» باستخدام أجهزة كالميكرفون وكمرة الشيديو» اللذين يحولان شدة
ضغط الهواء ELI‏ عن الصوت وشدة الضوء المنعكس عن المشهد إلى إشارات
كهربائية . ويطلق على هذه الإشارات الكهربائية اسم الإشارات التماثلية» لكونها
pE‏ إشارة المعلومات الأصلية ؛ من حيث إنها تأخذ عند كل لحظة زمنية قيمة محددة
من بين عدد لامتناه من القيم . ويعدٌ عرض النطاق» الذي تحتله إشارة المعلومات
الكهربائية على طيف الترددات» مقياسا تقريبيا لكمية المعلومات التي تحملها هذه
الإشارة. فعلى سبيل المثال» يبلغ عرض نطاق الإشارة السمعية الهاتفية أربعة
كيلوهيرتز؛ في حين يبلغ في الإشارة التلفزيونية أربعة ميغاهيرتز؛ أي أن كمية
المعلومات في الإشارة المرئية تساوي ألف مرة تلك التي في الإشارة السمعية . وبالرغم
من بساطة أنظمة نقل الإشارات التمائلية » فإنها معرضة للتلوث بشكل كبير بإشارات
الضجيج التي يستحيل التخلص منها حال اندماجها معها؛ ما يحد من إمكانية إرسالها
لمسافات بعيدة» بسبب تراكم إشارات الضجيج مع زيادة المسافة؛ إلى جانب صعوبة
ضغطها لكي تحتل حيزا أقل في قنوات الاتصال ومعَدَات التخزين» وعدم إمكانية
استخدام الحواسيب الرقمية لتخزينها ومعالجتها.

YYY

التكنولوجيا الرقمية

استخدمت التكنولوجيا الرقمية لتمثيل المعلومات بعد اكتشاف نظرية «الاعتيان» عام
5 ؛ حين تبون أنه يكفي لنقل المعلومات وتخزينها أخذ عيئات من الإشارة التماثلية
بمعدل يساوي» أو نويد ode‏ ضعفي أعلى تردد في إشارة المعلومات؛ ويمكن
استرجاع إشارة المعلومات الأصلية بكاملها بتمرير العينات المأخوذة على مرشح تمرير
منخفض . فعلى سبيل المثال» يكفي أخذ ثمانية GY‏ عينة في الثانية لتمثيل المكالمات
الهاتفية e‏ في حين يلزم أخذ عشرة ملايين عينة في الثانية لتمثيل الإشارات التلفزيونية .
ولتمثيل المعلومات رقمياء تُحول قيم العينات المأخوذة إلى شيفرات ذات أطوال
محددة مكونة من سلسلة من الأرقام الثنائية» وهي الواحد والصفر؛ ويطلق اسم بت
على خانة الرقم الثنائي . وكلما زاد عدد البتات في شيفرة التمثيل» زادت دقة تمثيل هذه
المعلومات. وتكفي شيفرة بطول ثماني بتات لتمثيل المعلومات في عينات الإشارات
السمعية والمرئية . cages‏ فإنه يكفي لإرسال الإشارات السمعية وتخزينها أربعة
وستون ألف بت في كل ثانية؛ وما يزيد على ثمانين مليون بت في كل ثانية في
الإشارات المرئية . ولإرسال الإشارات الرقمية وتخزينهاء Syed‏ إلى نبضات كهربائية
أو ضوئية ذات مستويين : أحدهما يمثل الرقم واحد» والآخر يمثل الرقم صفر؛ وذلك
باستخدام الدارات الإلكترونية الرقمية التي يعمل فيها الترانزستور كمفتاح بسيط يقوم
بفتح الدار ات الكهربائية وإغلاقها. لقد أحدث التحول من النظام التماثلي إلى النظام
الرقمي ثورة في طرق توليد المعلومات ونقلها وتخزينها ومعالجتها؛ إذ تتميز
الإشارات الرقمية بمقاومتها العالية لإشارات الضجيج بفضل تعاملها مع مستويين
Aged‏ مقابل عدد لامتناه من المستويات في الإشارات التماثلية› وبسهولة تصميم
الدارات والأجهزة الرقمية وتصنيعهاء وسهولة استخدام المعدات الرقمية نفسهاء
خاصة الحواسيب» للتعامل مع مختلف أنواع إشارات المعلومات التي أصبحت Jat‏
الشكل نفسه» وهو سلسلة الأصفار والآحاد. وهذا أدى إلى اندماج تكنولوجيا
الاتصالات وتكنولوجيا الحواسيب في تكنولوجيا واحدة. وتتميز الإشارات الرقمية
أيضا بقابليتها الكبيرة للضغط» بسبب سهولة التخلص من المعلومات المكررة فيها ؛ ما

YE

أ.د. منصور العبادي

تلل ie RI n EAM NM S pois‏
الحواسيب . أضف إلى ذلك سهولة تشفيرها وتمويهها؛ الأمر الذي قلل بدوره كثيرا من
التنصت والسطو على المعلومات .

؟. منعطفات تاريخية في تطور أنظمة الاتصالات والمعلومات

تمكن الإيطالي فولتا في عام ۱۸٠١‏ من تصنيع أول مصدر مستمر للطاقة الكهربائية
(البطارية). واكتشف الهولندي أورستد بالصدفة عام 187١‏ أن التيارات الكهربائية
تنتج مجالات مغناطيسية حولها. وهذا حدا بالعالم الفرنسي أميير إلى دراسة هذا
الاكتشاف» ووضع القوانين الأساسية لظاهرتي الكهربائية والمغناطيسية. وتمكن
الأمريكي هئري من استغلال الكهرباء في عدد كبير من التطبيقات» أهمها المغانط
والملفات الكهربائية؛ في حين تمكن الإنكليزي قرادي عام VAYN‏ من اختراع المولد
الكهربائي» الذي يحول الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية؛ والمحرك الكهربائي» الذي
يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حركية . لقد أدى اكتشاف الكهرباء المشحركة إلى
اخمتراع التلغراف عام 1877 على يد الأمريكي مُورس» وإلى اختراع الهاتف عام
١‏ على يد الأمريكي غراهام بل. أما الموجات الكهرمغناطيسية» فيعود الفضل في
اكتشافها إلى الفيزيائي الاسكتلندي ماكسويل »الذي صاغ عام ۱۸۹١‏ . جميع القوانين
المتعلقة بالكهربائية والمغناطيسية في أربع معادلات تفاضلية كحم بوجود
هذه الموأجات . فتحققت نبوءته على يد الفيزيائي الألماني هيرتز عام ۱۸۹١‏ . واستخدم
الإيطالي ماركوني هذه الموجات في إرسال أول تلغراف لاسلكي عبر القنال الإنكليزي
عام c AAA‏ وعبر المحيط الأطلسي عام Me‏

وفي عام ٤١۱۹ء‏ اخترع الفيزيائي الإنجليزي فلمنغ call‏ الإلكتروني الثنائي ؛ في
عن اح الكاس الاج كيدي EE 34. PADS oi rien a‏
olia‏ الصّمّمان في بناء الدارات الإلكترونية الأساسية» كمُولّد الذبذبات ومضحم
الإشارات» التي مكدّنت المهندسين من إجراء أول كال هات ARE‏ المدى عام

Yo

41° وأول مكالمة لاسلكية بين بريطانيا وأمريكا عام YA M‏ . وأدت الدارات
الإلكترونية أيضا إلى ظهور أنظمة البث الإذاعي عام :ع والبث التلفزيوني عام
6 . وفي ple‏ ۷٤1۹ء‏ اخترع الترانزستور بديلا للصمام الثلاثي» وتميز عليه بصغر
حجمه وصلادته وقلة استهلاكه للطاقة . لذلك» فقد حل محله في معظم الأجهزة
الإلكترونية» التي أصبحت أصغر حجما وأقل استهلاكا للطاقة ؛ وساعد في تصنيع
col; STER‏ إلكترونية لم يكن بالإمكان تصنيعها باستخدام الصمامات»
كالتلفزيونات الملونة والمسجلات والراديوات الجيبية والحواسيب والحاسبات اليدوية
والهواتف الخلوية. ومع تزايد عدد الترانزستورات في الأجهزة الإلكترونية» أصبح
الحيز الذي تحتله أسلاك التوصيل عائقا أمام تصنيع أجهزة أكثر تطورا وأصغر حجما.
لذلك» برزت فكرة تصنيع دارات كهربائية كاملة على شريحة صغيرة من السيليكون؛
فصنعت عام 1108 أول دارة متكاملة بيضعة ترانزستورات سميت الدارة المتكاملة
الصغيرة النطاق» ظهرت بعدها أجيال tite‏ مثل : الدارات المتكاملة المتوسطة النطاق
(ألف ترانزستور)؛ والدارات المتكاملة الكبيرة النطاق (عشرة آلاف ترانزستور)؛
والدارات المتكاملة ذات النطاق الكبير جدا (مئة ألف ترانزستور)؛ والدارات المتكاملة
ذات النطاق قوق الكبير (مليون ترانزستور). ومع نهاية القرن العشرين» وصل العدد
إلى ما يزيد على سبعة ملايين ترانزستور في الدارة المتكاملة الواحدة .

وفي عام (MEO‏ صنع أول حاسوب رقمي باستخدام ثمانية عشر ألف plese‏ على
مساحة ستين مترا مربعا. وفي عام VION‏ استخدمت الترانزستورات بدل
الصّمّامات في تصنيع كثير من أجهزة الاتصالات والحواسيب ؛ما قلص كثيرا من
حجومهاء وقلل من استهلاكها للطافة . ومع ظهور تكنولوجيا الدارات المتكاملة في
أوائل الستينيات» حصل مزيد من التقليص في حجوم الحواسيب؛ الأمر الذي أدى إلى
استخدامها في تطبيقات مختلفة » كالتحكم بالمقاسم الإلكترونية ذات البرامج المخزنة
والأقمار الصناعية ols My‏ الفضائية . وفي عام ١٦۱۹ء‏ اخشّرع الليزر الذي يتميز
بخصائص فريدة» أهمها: أن ضوءه يتألف من حزمة ضيقة جداً من الترددات ذات
الأطوار المتماسكة» ويتركز في شعاع ضيق جدا بشدة سطوع عالية تمكنه من الوصول

YY

أ. د. متصور العيادي
إلى مسافات بعيدة ؛ ما سمح باستخدامه في تطبيقات لا حصر لهاء كنقل المعلومات
في أنظمة الاتصالات» وقطع المواد في الصناعةء وإجراء العمليات الجراحية وتصحيح
اللظر في الطب» وكتابة المعلومات على الأقراص الضوئية في الحواسيب» وتصنيع
الدارات الإلكترونية المتكاملة . وفي عام ١۱۹۷ء‏ صنع أول معالج دقيق على دارات
es ables‏ :ل ag cuss‏ و كول يو تحن ا i35 Net sts‏
التعليمات المخزنة في الذاكرات. واستُخدم هذا في صناعة الحواسيب الشخصية»
وعقلاً مدبراً في كثير من الأجهزة الإلكترونية ؛ كالتلفزيونات وأجهزة التحكم وأجهزة
الهواتف اللاسلكية والخلوية والمسجلات السمعية والقيديوية . وخلال الربع الأخير من
القرن العشرين» ظهرت أجيال عدة من المعالجات الدقيقة ذات القدرات المتقدمة.
فوصل عدد الترانزستورات في جيل المعالجات في نهاية القرن العشرين إلى ما يزيد على
خمسة ملايين ترانزستورء يعمل المعالج منها بسرعة قريبة من آلف ميغاهيرتز .

v‏ أنظمة الاتصالات الكهريائية

تعمل أنظمة الاتصالات الكهربائية على جمع مختلف أشكال المعلومات ونقلها
وتوزيعها بسرعة الضوء» لمسافات تصل إلى مئات الملايين من الكيلومترات» كما في
أنظمة اتصالات استكشاف الفضاء . ويمكن تقسيم أنظمة الاتصالات إلى أربعة أنواع
رئيسيّة» هي : أنظمة التراسل» وأنظمة الشبكات» وأنظمة البث» وأنظمة جمع
المعلومات .

تعمل أنظمة التراسل على نقل المعلومات بين نقطتين ثابتتين أو متح ركتين» كأنظمة
الكبول ES oe]‏ 6 والجمع الشائع : كوابل] المحورية والألياف الضوئية والأقمار الصناعية
والموؤجات الدقيقة (الميكرووية)؛ في حين تعمل الشبكات على ربط عدد كبير من
المشتركين بعضهم ببعض أو بمراكز المعلومات» كما في شبكات الهواتف العامة
والخلوبة وشبكات الحواسيب والإنترنت . أما أنظمة البث» فتبث المعلومات من مرسل
واحد إلى عدد كبير من المستقبلات» كما في أنظمة البث الإذاعي والتلفزيوني؛ في

YYY

حين تعمل أنظمة جمع المعلومات على استقبال المعلومات من عدد كبير من المرسلات»
كأنظمة الرصد الجوي والرادارات وأنظمة الحماية والمراقبة .

يتكون نظام الاتصالات من ثلاث وحدات أساسية» هي : جهاز الإرسال» وقناة
الاتصال» وجهاز الاستقبال. وتعتمد كمية المعلومات التي يمكن لنظام الاتصالات
نقلها على مواصفات جهازي الإرسال والاستقبالء كالطاقة الكهربائية التي يبثها
المرسل » ومقدار تردد حامل المعلومات» وحساسية جهاز الاستقبال» وأنواع التعديل
والتشفير المستخدمة ؛ وعلى مواصفات قناة الاتصال» كعرض نطاقهاء وكمية الضجيج
فيها .

أ. المرسلات والمتقيلات

يعمل المرسل في أبسط أشكاله على تحويل إشارة المعلومات الأصلية إلى إشارة
كهربائية ترسل من دون إجراء أي تعديل على شكلهاء كما في إرسال المكالمة الهاتفية
من هاتف المنزل إلى المقسم . لكن غالبا ما تجرى عمليات عدة على إشارة المعلومات»
مثل التعديل والتعاقب والتشفيرء. لأسباب فنية واقتصادية . فتلزم عملية التعديل»
لمواءمة خصائص الإشارة المنقولة مع خصائص قناة الاتصال» بتحميل إشارة
المعلومات على حامل جيبي يقع تردده ضمن نطاق تمرير القناة؛ ويعدّل اتساع الحامل
أو تردده أو طوره تبعا للقيمة اللحظية لإشارة المعلومات LE‏ يسمى «تعديل الاتساع»
وتعديل التردد» وتعديل الطور» . كما لزم عملية التعاقب» لاستغلال قناة الاتصال
استغلالاً كاملاً» بإرسال أكبر ade‏ ممكن من إشارات المعلومات عليهاء باستخدام
تعاقب التقسيم الترددي والتقسيم الزمني والتقسيم التشفيري والتقسيم الموجي . فيقسم
تقسيم نطاق القناة في تعاقب التقسيم الترددي إلى عدد من النطاقات الصغيرة» تتسع
كل منها لإشارة معلومات واحدة. وفي تعاقب التقسيم الزمني المستخدم في الأنظمة
الرقمية» يستفاد من الفراغ الزمني بين عينات الإشارة الواحدة لإرسال ole‏ إشارات
أخرى. أما عملية التشفيرء فتستخدم في الأنظمة الرقمية لأغراض ciae‏ أهمها:

TVA

آ. د . منصور العيادي

الحفاظ على سرية المعلومات المرسلة» وتقليل أثر إشارات الضجيج والتداخل» وضغط
المعلومات لزيادة كمية المعلومات المنقولة والمخزنة .

ب. قنوات الاتصال السلكية واللاسلكية

تستخدم قنوات الاتصال السلكية واللاسلكية لإيصال الإشارة الكهربائية الحاملة
للمعلومات من المرسل إلى المستقبل . وغالبا ما تتحدد إمكانات نظام الاتصالات
المستخدم بخصائص قناة الاتصال؛ فعرض نطاقها يحدد كمية المعلومات المنقولة
وفقدها يحدد مسافة الإرسال القصوى» وطولها يحدد مقدار التأخير الزمني. في
القنوات AKLUJ‏ تندشر الإشارات في أسلاك فلزية أو زجاجية. كالمزدوج السلكي
والكبل الملحوري ومرشد الموجات والليف الضوئي . فالمزدوج السلكي» المكون من
سلكين فلزييْن» له عرض نطاق ضيق ويعاني من فقد كبير؛ لذلك» انحصر استخدامه
في الترددات المنخفضة والمتوسطة. ويمتاز الكبل اللحوري المكون من موصلين
أحدهما يقع في قلب الآخر» بقلة فقده واتساع عرض نطاقه ومقاومته للتداخل
والتشويش؛ لذلك» فهو يستخدم في نقل الترددات المنخفضة والمتوسطة والعالية
والعالية جدا. ويسمح مرشد الموجات» الذي يتكون من موصل أنبوبي الشكل» بمرور
الترددات فوق العالية والترددات فائقة العلو؛ ويستخدم في نقل الإشارات بين
المرسلات والهوائيات فى أنظمة الموجات الدقيقة والأقمار الصناعية والرادارات . أما
الليف الضوئي» فيتكون من سلك زجاجي عالي الثقاء بسمك شعرة الإنسان» ويسمح
بمرور الموجات الضوئية فقط من خلاله؛ ويمتاز» إلى جانب عرض نطاقه الواسع وفقده
القليل» بصغر حجمه وخفة وزنه» ويستخدم في أنظمة الاتصالات الضوئية . وفي
القنوات اللاسلكية» تنتشر الإشارات على شكل موجات كهرمغناطيسية في الفضاءء
يجري إشعاعها والتقاطها بهوائيات تتصف ببساطة تركيبها؛ إذ يكن لأي سلك فلزي
إشعاع هذه الموجات والتقاطها. لكن للحصول على قدرات إشعاع والتقاط cille‏
تُحدّد أشكال الهوائيات وأبعادها Le‏ يتناسب مع الترددات المستخدمة . لهذاء يوجد
pl yl‏ لا حصر لها من الهوائيات؛ كالهوائيات السلكية المستخدمة في الراديو

YYA

والتلفزيون والهاتف الخلوي» التي تتراوح أطوالها بين بضعة سنتيمترات وبضعة أمتار؛
إلى الهوائيات الأطباق المستخدمة في أنظمة الموجات الدقيقة وأنظمة الأقمار الصناعية
والرادارات» التي تصل أقطارها إلى عشرات الأمتار؛ وهوائيات المصفوفات الموجهة
إلكترونياء التي يتزايد استخدامها في الأقمار الصناعية والرادارات .

تنتشر الموجات الكهرمغناطيسية في الفضاء على شكل خطوط مستقيمة ؛ إلا أنها
بسبب قربها من الأرض قد تتعرض ضمن الغلاف الجوي لكثير من الظواهر الفيزيائية»
كالانعكاس والانكسار والحيود والاضمحلال والاستطارة (التبعثر) التى قد تضر
a‏ انط الاتضالات uan ui‏ لأر ghd as‏ جات dy gal J‏ تع a Jal‏
انتتشارها إلى ثلاثة أنواع » هي: الموؤجات السطحية التي تنتشر ملاصقة لسطح
الأرض» فتنحني بانحنائه بسبب ظاهرة الحيود؛ HU‏ تستخدم في أنظمة البث
الإذاعي ذات الترددات المتوسطة» ليصل مداها إلى مئات من الكيلومترات. والموؤجات
السماوية التي تنعكس عن طبقة الأيونسفيرء التي تعكس بدورها الموؤجات ذات
الترددات الأقل من * Y‏ ميغاهيرتز؛ وتستخدم في أنظمة البث الإذاعي ذات cole AM‏
القصيرة» التي يصل مداها إلى عشرات الآلاف من الكيلومترات. والموجات
الفضائية» التي تنتشر على شكل خطوط مستقيمة» وتشمل الموجات التي تزيد تردداتها
على ٠١‏ ميغاهيرتز؛ ويلزم لاستخدامها في أنظمة الاتصالات توافر شرط الرؤية
المباشرة بين هوائيي الإرسال والاستقبال.

ج. الطيف الكهرمغناطيسى

تواجه مصممى أنظمة الاتصالات اللاسلكية مشكلة توفير الترددات اللازمة لأعداد
كبيرة ومتزايدة من أنظمة الاتصالات المختلفة؛ كأنظمة البث الإذاعي والتلفزيوني»
LIV, ASLAN att sal,‏ المعافية: VLG call‏ افك cally d‏
وأنظمة الملاحة الجوية والبحرية والبرية. ويعود السبب في هذه المشكلة إلى العدد
المحدود من الترددات المحاحة في الطيف الكهرمغناطيسي» وإلى كون الغلاف الجوي
وسطا مشتركا تنتشر فيه جميع الترددات التي تبثها الأنظمة اللاسلكية ؛ ما يمنع إعادة

YA:

أ. د. منصور العبادى

استخدام التردد نفسه في المنطقة نفسهاء تجنبا لتداخل إشارات الأنظمة المختلفة .
ويتكون الطيف الكهرمغناطيسي من ثلاثة أجزاء رئيسيّة : الطيف الراديوي» الذي يمتد
من الصفر إلى 7٠١‏ غيغاهيرتز؛ وطيف الأشعة المرئية وتحت الحمراء» الذي يمتد من
"٠‏ غيغاهيرتز إلى BW‏ ملايين غيغاهيرتز؛ وطيف الأشعة فوق البنفسجية والأشعة
السينية والكونية» التي يتعذر استخدامها في أنظمة الاتصالات لصعوبة توليدها
ولخطورتها على الكائنات الحية . ونظرا للتباين الكبير في طرق توليد مؤجات الطيف
الراديوي وإشعاعها وانتشارهاء فقد فُسمت إلى مناطق عدة هي : الترددات تحت
المنخفضة tee)‏ إلى ٠٠٠١‏ هيرتز)؛ والترددات المنخفضة جدا (۳ إلى ٠١‏
كيلوهيرتز )؛ والترددات المنخفضة ٠١ SP)‏ كيلوهيرتز)؛ والترددات المتوسطة
Yee Ses)‏ كيلوهيرتز)؛ والترددات العالية Y)‏ إلى * Y‏ ميغاهيرتز) € والترددات
العالية جدا Y)‏ إلى ٠١‏ ميغاهيرتز)؛ والترددات فوق العالية Ye)‏ إلى ٠٠٠٠‏
ميغاهيرتز) t‏ والترددات الفائقة العلو Y)‏ إلى ١‏ غيغاهيرتز)؛ والترددات البالغة
Y) idi‏ إلى ۳٠١‏ غيغاهيرتز) . واستخدمت أنظمة الاتصالات معظم مناطق الطيف
الراديوي ؛ باستثناء الترددات البالغة العلو؛ التي حال دون استخدامها تأثرها الكبير
بالأحوال الجوية بسبب قصر طول موجتها. لكن» مع تزايد الطلب على استخدام
الأقمار الصناعية وشح الترددات المتاحة» فقد بدىء باستخدام هذه الترددات في بعض
التطبيقات.

تُخصّص الترددات للمستخدمين بواسطة هيئات تنظيم قطاع الاتصالات الوطنية»
بالتعاون مع LAY‏ الدولي للاتصالات. الذي يحدد الترددات المتاحة لأنظمة
الاتصالات المختلفة» والذي يسمح عادة بإعادة استخدام التردد نفسه على شرط عدم
وجود تداخل بين الأنظمة المختلفة» بالاستفادة من التباعد الجغرافي وقدرة البث
الحدودة واستخدام طرق تعديل وتشفير واستقطاب مختلفة . لقد خصصت أجزاء من
الطيف الراديوي لبعض التطبيقات المهمة بشكل دائم : كتخصيص جزء من الترددات
المتوسطة o£)‏ إلى 17٠١‏ كيلوهيرتز) للبث الإذاعي المتوسط الموجة» بواقع عشرة
كيلوهيرتز لكل محطة؛ وجزء من الترددات العالية للبث الإذاعي القصير الموجة؛

YAS

وجزء من الترددات العالية جدا (من AA‏ إلى ٠١8‏ ميغاهيرتز) للبث الإذاعي بتعديل
التردد» بواقع مئني كيلوهيرتز لكل محطة ؛ وأجزاء من الترددات العالية جدا (من 4ه
إلى 88 ء ومن ١,75‏ إلى ١١‏ 7ميغاهيرتر)؛ وجزء كبير من الترددات فوق العالية £V‏
إلى AYE‏ ميغاهيرتز) للبث التلفزيوني» بواقع ستة ميغاهيرتز لكل محطة. أما أنظمة
اتصالات الأقمار الصناعية والموأجات الدقيقة والرادارات» فتستخدم الترددات التي
تمتد من واحد إلى ta‏ غيغاهيرتز .

.٤‏ أنظمة التراسل

تستخدم أنظمة التراسل في نقل المعلومات بين العقد المختلفة في شبكات
المعلومات؛ حيث يربط نظام التراسل عقدتين مع بعضهما بعضاء ليمكنهما من تبادل
المعلومات فيما بينهما. ويتحدد نوع نظام التراسل المستخدم بطول مسافة الإرسال»
وكمية المعلومات المراد تبادلهاء وطبيعة قناة الاتصال المتوافرة » وكمية الضجيج
المضاف . وتستخدم أنظمة التراسل مختلف قنوات الاتصال» تبعا لمواصفات الإرسال
المطلوبة؛ كالمزدوجات ASL‏ والكبول المحورية» والموأجات الراديوية والضوئية»
والاقمار الستاعية: ig pall GUY‏ |

آ. أنظمة الكبول المحورية

تتصف الكبول ال محورية بعرض نطاق واسع» يمتد من الصفر إلى ما يزيد على ألف
ميغاهيرتز ؛ وبمعامل AS‏ منخفض. مقارنة بالأسلاك النحاسية . لذلك» استخدمت
بعد اكتشافها عام ۱۹۳١‏ في نقل مختلف أنواع إشارات المعلومات . وكان لها دور كبير
في نقل المكالمات الهاتفية بين المقاسم الوطنية والإقليمية والدولية» قبل اكتشاف
الموجات الدقيقة في منتصف الأربعينيات؛ وفي نقل المكالمات الهاتفية بين القارات»
قبل ظهور أنظمة الأقمار الصناعية في منتصف الستينيات .

يعد مد الكبول المحورية في المحيطات تحديا كبيرا للمهندسين» نظرا للمسافات

YAY

أ.د. منصور العبادي
الكبيرة بين القارات التي تصل إلى آلاف الكيلومترات؛ إلى جانب إمكانية تعرض
الكبول للتلف من ضغط الاء الهائل في فاع المحيطات» وحاجتها إلى الطاقة الكهربائية
اللازمة لتشغيل محطات التقوية» التي توضع بمعدل واحدة كل عشرة كيلومترات على
طول الكبل» والتي لا o‏ تزويدها إلا من عند طرفي الكبل . وفي عام NAOT‏ 25
أول كبل بحري محوري بين أوروبا وأمريكا الشمالية عبر المحيط الأطلسي» بطول
۲۵۰ کیلومتر وبسعة 80 مكالة هاتفية؛ وآخر عام 1461 بين كاليفورنيا “apt‏
الولايات المتحدة وجزيرة هاواي عبر المحيط الهادي» بطول ۳٠٠١‏ كم وبالسعة
نفسها. وفي عام do VATE‏ أول كبل بحري محوري من هاواي إلى اليابان» بطول
عشرة آلاف كيلومتر وبسعة VYA‏ مكالمة» وكانت المسافة بين محطات التقوية فى هذه
الأنظمة تتراوح ما بين عشرة كيلومترات وثلائين كيلومترا. وفي عام fee (MAY‏
بحري محوري بين بريطانيا والولايات المتحدة» بسعة أربعة آلاف مكالمة؛ ثم بين كندا
وأسترالياء بطول خمسة عشر آلف كيلومتر وبسعة ۱۳۸۰ مكالمة عام VIAE‏ . بعدهاء
توقف استخدام هذه الكبول في أنظمة الاتصالات البعيدة المدى» بعد يدء استخدام
GUY)‏ الضوئية في بداية الثمانينيات .

ب. أنظمة oU al‏ الدقيقة

كان لاكتشاف الموأجات الدقيقة فى أثناء الحرب العالمية الثانية واستخدامها فى أنظمة
الرادار الفغضل في تطوير أنظمة اتصالات لاسلكية قادرة على نقل المكالمات الهاتفية
والإشارات التلفزيونية بدل الكبول المحوريةء التي يتطلب مدها جهدا كبيرا ووقتا
طويلا؛ خاصة في المناطق old‏ التضاريس الصعبة . والموأجات الدقيقة هي موجات
كه رمغناطيسية تتراوح تردداتها بين واحد وثلاثمائة غيغاهيرتز» وتنتشر كموجات
فضائية بين هوائبي الإرسال والاستقبال اللذين يتطلبان وجود رؤية مباشرة بينهما؛ ما
يجعل المسافة الكبرى بين الهوائيين لا تزيد على مئة كيلومتر بسبب كروية الأرض .
لكن هذا التحديد لا يمنع من بناء أنظمة اتصالات موجات دقيقة بعيدة المدى» We‏ أنه

YAY

باستخدام الإرسال المتعدد القفزات» الذي يستخدم محطات تقوية تعمل على استقبال
الإشارات الضعيفة» فتضخمها ثم تعيد بثها باتجاه محطة التقوية التي تليها حتى تصل
إلى المحطة النهائية . وتستخدم أنظمة الموجات الدقيقة تكنولوجيات تختلف عن تلك
المستخدمة في بقية أنظمة الاتصالات التي تعمل على الترددات دون واحد غيغاهيرتز؛
]3 إن الكبول المحورية والهوائيات السلكية لا يمكنها نقل الموجات الدقيقة أو بثها.
e‏ استخدمت مرشدات الموجات والهوائيات الطبقية بدلا منها؛ إلى جانب
استخدام pl pl‏ خاصة من الصّمّامات لتوليد هذه المؤجات وتكبيرها. وفي عام CAE‏
ظهر أول نظام اتصالات lege‏ دقيقة في الولايات المتحدة بسعة ثماني مكالمات
هاتفية على الحامل الواحد. وبدأت هذه الأنظمة بالانتشار السريع بسبب سهولة
تركيبها؛ فاستخدمت في ربط المقاسم المحلية والوطنية والدولية» وفي JE‏ الإشارات
التلفزيونية من الاستديوهات إلى محطات البث والتقوية . وفي غضون أعوام قليلةء
رفع عدد المكالمات المحمولة على الحامل الواحد ليصل إلى ألفي مكالمةة؛ مع العلم أنه
يمكن بث عشرات الحوامل باستخدام الهوائيات ومرشدات الموؤجات والمضخمات
نفسها. وفي عام c ۱۹۷١‏ استخدمت التكنولوجيا الرقمية في أنظمة الموؤجات الدقيقة ؛
ما زاد من عدد المكالمات ومن مقاومتها للضجيج والتداخل . وبالرغم من أن أنظمة
الموجات الدقيقة لم تستخدم محطات تقوية بين القارات لصعوبة نصب أبراج محطات
التقوية في المحيطات» إلا أنه جرى التحايل على هذه المشكلة بوضع محطات تقوية
معلقة في الفضاء ؛ وهي الأقمار الصناعية .

ج. أنظمة الأقمار الصناعية
اقترح كاتب الخيال العلمي الأمريكي آرثر SAS‏ عام ١445‏ حلا UKA‏
الاتصالات بين القارات » بوضم أقمار صناعية فى مدار متزامر, حول الأرض » ل
بو ضع © مذار هر امن جو v?‏
كمحطات تقوية تستقبل الإشارات من محطات أرضية» ثم تعيد بشها ثانية إلى
الأرض» blak‏ محطات أرضية أخرى على بعد آلاف الكيلومترات . لكن يلزم
لوضع القمر الصناعي في هذا المدار وجود صواريخ دفع جبارة» لإخراجه من نطاق

TAL

أ. د. متصور العبادي
الجاذبية الأرضية ؛ ويلزم كذلك وجود طاقة كهربائية دائمة» لتشغيل أجهزة الاتصالات
والمعدات الموجودة فيه. لقد ساعد سباق التسلح بين الدول العظمى في مجال
تكنولوجيا الصواريخ العابرة للقارات على صناعة صواريخ قادرة على الخروج من
نطاق الجاذبية الأرضية ؛ ما مكن LEY‏ السوثييتي في عام ۱۹٥۷‏ من إطلاق أول قمر
صناعي تجريبي (سبوتنيك (OY‏ الذي وضع في مدار أرضي منخفض غير متزامن .
وتبعته الولايات المتحدة الأمريكية؛ فأطلقت قمرها الصناعي الأول (إكسبلورر١)‏ عام
. ومنذ ذلك الحين» بدأ التسابق بين الدولتين لإطلاق أقمار صناعية لشتى
الأغراض العسكرية والمدنية والعلمية. ففي مجال الاتصالات» أطلقت الولايات
المتحدة عام ١9757‏ أول قمر صناعي غير متزامن (تلستار١)»‏ وأتبعته عام VAY‏ بقمر
صناعي متزامن (سينكوم؟)؛ في حين أطلق الاتحاد السوفييتي القمر الصناعي غير

المتزامن (مولنيا١)‏ عام mom lolo d ds Y410‏
على ارتفاع ستة وثلاثين آلف كيلومتر تقريبا؛ وهو المدار الوحيد الذي يبدو فيه القمر
Lal‏ لمن يشاهده من على الأرض نتيجة لتساوي سرعة دورانه مع سرعة دوران
الأرض . وبمجرد وضع القمر في المكان المخصص له في المدار» فإنه يبقى يدور فيه من
دون الحاجة إلى قوة دفع جديدة» نتيجة لتساوي قوة الطرد المركزي مع قوة الجاذبية
الأرضية. ويستطيع القمر الصناعي المتزامن أن يغطي ٠‏ ؛ بالمئة من مساحة سطح
الأرض . وباستخدام ثلائة أقمار متزامنة» يمكن تغطية سطح الأرض بأكمله؛ باستثناء
Gols‏ صغيرة حول القطبين . ومن ميزات هذا القمر أنه يستخدم هوائيات ثابتة التوجيه
في المحطات الأرضية ؛ لكن بسبب ارتفاعه الكبير يلزمه قدرة بث عالية» ويوجد تأخير
في وصول الإشارات بين المحطات الأرضية بمقدار ربع ثانية. أماالمدارات غير
المتزامنة» فهي كل المدارات عدا المدار المتزامن؛ وقد تكون على شكل دائري أو
إهليلجى . وأما ارتفاعاتهاء فيجب أن تكون فوق الغلاف الجوي (Qa es. O88)‏
لشجنب الاحتكاك به؛ وخارج نطاق حزام إشعاعات OU‏ ألن (بين ألفين وعشرة آلاف
كيلومتر)» لتجنب الإشعاعات الضارة LALL‏ الشمسية وأجهزة الاتصالات . لذلك»
يوجد نوعان من الأقمار الصناعية غير المتزامنة y‏ وهي الأقمار المنخفضة المدار Ove)‏

YAO

إلى ٠٠٠١‏ كيلومتر)» والأقمار المتوسطة المدار (بين عشرة آلاف وعشرين ألف
كيلومتر) . ونظرا لعدم تزامن حركة الأقمار غير المتزامنة مع حركة الأرض» فإنها تبدو
غير ثابتة لمن يشاهدها من على الأرض؛ ما يستدعي استخدام هوائيات متحركة تقتفي
حركة القمر منذ ظهوره حتى غيابه . ويلزم لحل مشكلة انقطاع الاتصالات عند غياب
القمر استخدام أقمار عدة موزعة بانتظام على محيط المدار؛ بحيث إذا غاب أحدهاء
ظهر القمر الذي يليه ليحل مكانه . ولتغطية سطح الأرض بأكمله بنظام اتصالات أقمار
غير متزامنة» يلزم وجود عدد كبير من الأقمار في مستويات مدارية عدة؛ فيلزم أكثر من
عشرة أقمار في المدارات المتوسطة» وأكثر من أربعين قمرا في المدارات المنخفضة»
مقابل ثلاثة أقمار في المدار المتزامن .

يحمل القمر الصناعي عددا من الهوائيات» ومن أجهزة الاستقبال والإرسال
(المستجيبات)؛ وعددا كبيرا من الخلايا الشمسية المرصعة على جسم القمر أو على
أجنحة ممتدة منه تحول الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية» تخزن في بطاريات لتشغيل
أجهزته المختلفة ؛ وأجهزة للتحكم والقياس ؛ ومجموعة من الأنابيب المملوءة بالغاز
لاستخدامه قوة دافعة عند نفثه من حين لآخرء لمنع القمر من الانحراف عن المكان
المخصص له في المدار ea‏ اد راي اا
وحالة أنظمته المختلفة . ويتحقق ذلك باستخدام أجهزة قياس ومجسات ترسل قياساتها
إلى المحطة الأرضية MP‏ ل القمر وإصلاح الأعطال» التي
قد تصيب أجهزته» ولتوجيه الهوائيات إلى مناطق التغطية على سطح الأرض
ويتحدد عدد المكالمات الهاتفية والإشارات التلفزيونية التي يمكن للقمر نقلها من عدد
المستجيبات التي يحملها؛ إذ يستطيع المستجيب الذي يبلغ عرض نطاقه ۳١‏ ميغاهيرتز
أن ينقل إشارة تلفزيونية واحدة» أو مايقرب من ألف مكالمة هاتفية باتجاه واحد» في
حالة استخدام التكنولوجيا التماثلية . أما في حالة استخدام التكنولوجيا الرقمية»
فيمكن زيادة عدد الإشارات التلفزيونية والمكالمات الهاتفية إلى أضعاف عدة . ويتحدد
عدد المستجيبات التي يكن للقمر حملها اعتمادا على كمية الطاقة الكهربائية التي
تولدها الخلايا الشمسية . ولكفاءة هذه الخلايا دور كبير في تحديد أحجام هوائيات

YA

أ.د. منصور العبادي

الإرسال والاستقبال في القمر الصناعي» وفي المحطات الأرضية.
يتحدد عمر القمر الافتراضي من كمية الغاز الذي يحمله؛ فمع انتهاء كمية الغاز
يصبح من الصعب الحفاظ على القمر في مداره الصحيح . ويبلغ العمر المتوقع للأقمار
الصناعية المصنوعة في أواخر القرن العشرين سبعة عشر عاماء مقابل سبعة أعوام في
الأقمار القديمة. لقد تولت الهيئة الدولية للاتصالات الفضائية (إنتلسات) مهمة تأمين
الاتصالات الدولية بين جميع دول العالم؛ وأطلقت الجيل الأول من أقمارها الصناعية
المتزامنة في عام ١١14765‏ وجيلها الثامن عام ۱۹۹۷ . وتتكون منظومة إنتلسات من
أسطول من الأقمار الصناعية بلغ عددها في أواخر القرن العشرين سبعة عشر قمرا
موزعة على ثلاثة مواقع » تقع فوق المحيطات الأطلسي والهندي والهادي؛ ويمكن لأي
دولة الاتصال ببقية دول العالم من خلال هوائيين موجهين لموقعين من هذه المواقع
الثلاثة . ويبلغ ote‏ المستجيبات على القمر الواحد من أقمار الجيل الثامن ٤٤‏ مستجيباء
تنقل ثلاث قنوات تلفزيونية» وخمسة وأربعين ألف دائرة هاتفية باتجاه واحد. وإلى
جانب خدمة إنتلسات» تستخدم كثير من الدول أقمارا صناعية خاصة بها لتأمين
اتصالاتها الداخلية والخارجية مع الدول المجاورة. وفي مطلع الشمانينيّات» بدأ
استخدام الأقمار الصناعية المتزامنة لبث القنوات التلفزيونية مباشرة إلى المنازل» من
خلال مئات الأقمار التى تبث آلاف القنوات التلفزيونية التماثلية والرقمية. وفى نهاية
التسعينيّات» بدئ باستخدام الأقمار الصناعية غير المتزامنة لتقديم خدمة الهاتف النقال

وخدمة الإنترنت .

د. أنظمة الألياف الضوئية

بالرغم من توافر الموجات الضوئية في الطبيعة» واستخدامها بكفاءة عالية في النظام
البصري للإنسان وكثير من الحيوانات» فإن استخدامها في أنظمة الاتصالات تأخر إلى
منتصف السبعينيات من القرن العشرين بسبب حاجة هذه الأنظمة إلى مصادر ضوئية
ER CORE PEE IS‏ استخداء الرجات السرفية Ll‏ باود cogntigll‏ لها من
ترددات عالية قادرة على حمل كمية معلومات تزيد آلاف المرات على تلك التي تحملها

TAY

الحاملات الراديوية . ومع اختراع الليزر عام ١47٠0‏ مصدراً للضوء المتماسك الأحادي
co UI‏ استخدمه المهندسون أولا في أنظمة اتصالات ضوئية جوية؛ لكن بسبب تأثر
الضوء الكبير بالعوامل الجوية نتيجة للقصر المتناهي لطول موجته» اقتصر استخدام هذه
الأنظمة على تطبيقات محددةء كما في أجهزة التحكم بالتلفزيونات . وفي عام
VA‏ اقترح باحثان إنجليزيان استخدام الألياف الزجاجية كقناة اتصالات ضوئية ؛
على شرط أن la‏ الفقد العالي في الزجاج بالتخلص من الشوائب الموجودة فيه. وفي
عام ١۱۹۷ء‏ تمكنت شركة أمريكية من أن تقلل فقد الزجاج من ألف ديسبل إلى ما
دون عشرين ديسبل لكل كيلومتر؛ فتجددت آمال المهندسين في تصميم أنظمة
اتصالات ضوئية باستخدام الألياف الزجاجية. ورافق هذا التطور قي تكنولوجيا
الألياف الزجاجية تطورات في تكنولوجيات المصادر والكواشف الضوئية المصنعة من
a‏ شبه الموصلة» التي تتصف بصغر حجمها؛ وهذا الحجم يتناسب مع حجم الليف
الزجاجي. وهكذاء تمكنت شركة أمريكية عام ۱۹۷١‏ من إجراء أول تجربة ميدانية
ناجحة لنظام اتصالات ضوئي باستخدام GUY‏ الزجاجية . وتمتاز هذه GU‏ على
الكبول المحورية والأسلاك النحاسية بقلة فقدهاء واتساع عرض نطاقهاء وصغر
حجمهاء وخفة وزنهاء وحصانتها ضد التداخل والتشويش» ووفرة مادتها ce M‏
وانعدام خطرها في إحداث الحرائق: وعدم حاجتها إلى العزل إلا لأغراض حمايتها
من التلف . وقد أنتج نوعان من الألياف الضوئية: هما: الليف الأحادي النمطء الذي
لا يزيد قطر قلبه على ١٠١‏ ميكرومترات» ويتصف بقدرته على نقل كميات ضخمة من
المعلومات تصل إلى ملايين المكالمات الهاتفية في الوقت نفسه. لكنه يحتاج إلى
تكنولوجيات متقدمة لتصنيعه ولوصل GUY‏ بعضها ببعض € والليف المتعدد BUYI‏
الذي يبلغ قطر قلبه ٠٠‏ ميكرومترا ويتصف بسهولة تصنيعه وسهولة وصل الألياف»
لكنه يسمح بانتشار بضع مئات من BUY‏ ما يقلل كمية المعلومات المرسلة فيه .
استخدمت أنظمة اتصالات الألياف الضوئية في جيلها الأول موجات الأشعة تحت
الحمراء في النافذة التي تقع حول ۸٠١‏ نانومترا . لكن بسبب الفقد العالي للزجاج في
هذه النافذة» جرى الانتقال في بداية الشمانينيات إلى الطول الموجي ٠۴٠١‏ نانومتر؛

YAA

أ.د. متصور العبادي
ومن ثم الطول الموجي 100٠‏ نانومتراًء حيث يصل فقد الزجاج إلى حده الأدنى» وهو
٠,”‏ ديسبل لكل كيلومتر. وفي بداية الثمانينيات» بدأت شركات الاتصالات
باستخدام الألياف الضوئية بدل الكبول المحورية في مختلف أنظمة الاتصالات؛ كربط
المقاسم المحلية والوطنية والدولية» وإنشاء شبكات المعلومات وشبكات التوزيع
التلفزيونية ونظم الاتصالات الداخلية في الطائرات والسفن وفي أنظمة الاتصالات
العسكرية» بحيث وصل مجموع أطوال ما مد من ألياف في العالم مع نهاية عام ٠۹۹۹٩‏
إلى عشرين مليون كيلومتر. وفي عام ۱۹۸۸ء مد أول كبل بحري باستخدام الألياف
الضوئية يربط أمريكا مع أوروباء بطول ستة آلاف كيلومتر وبسعة أربعين ألف مكالمة
هاتفية» وبلغت BLU‏ بين محطات التقوية ٠١‏ كيلومتراً. وفي بداية التسعينيّات» بدأ
استخدام المضخمات الضوئية بدل محطات التقوية الإلكترونية في تقوية الإشارات
الضوئية؛ الأمر الذي ساعد في تصميم أنظمة اتصالات ألياف ضوئية يصل مداها إلى
آلاف الكيلومترات» وتصل المسافة بين المضخمات الضوئية إلى مئة كيلومتر. وقد
سهلت المضخمات الضوئية استخدام تكنولوجيا تعاقب التقسيم الموجي» التي تسمح
بزيادة كمية المعلومات المرسلة على الليف نفسهء بإضافة موجات حاملة جديدة قد
يصل عددها إلى عشرات الموجات» التي تستطيع كل منها حمل مئات آلاف المكالمات
الهاتفية . وبهذاء أصبح بإمكان الليف الزجاجي نقل أكثر من مليون مكالمة هاتفية في
الوقت نفسه. وبسبب الطلب المتزايد على خدمات الإنترنت» أصبحت الحاجة ماسة
إلى مد مزيد من كبول الألياف الضوئية» البرية منها والبحرية , وبدأت شركات
الاتصالات العالمية تنفيذ مشروعات عملاقة للكبول الضوئية تربط القارات بعضها
يبعض. ومنها: الكبل الضوئي (فلاغ-١)ء‏ الذي مد عام ۱۹۹۷ بين بريطانيا
واليابان» مرورا بالساحل الغربي لأوروباء عابرا البحر الأبيض المتوسط والبحر
الأحمر وبحر العرب والمحيط الهندي» بطول ۲۷ ألف كيلومتر وسعة * Y‏ غيغابت في
الشانية (كل غيغابت في الثانية يعادل Yo‏ آلف مكالمة هاتفية غير مضغوطة)؛ والكبل
الضوئي (عبر الأطلسي-١)»‏ الذي مد عام ۱۹۹۸ بين أمريكا الشمالية وأوروباء
بطول ١4‏ ألف كيلومتر وبسعة ٤١‏ غيغابت في الثانية » ورفعت السعة إلى AY‏ غيغايت

YAS

في الثانية أواخر عام ١1444‏ ؛ والكبل الضوئي (عبر الهادي-١)ء‏ الذي بدأ مذه عام
٠١‏ بين أمريكا الشمالية واليابان» بطول Y Y‏ ألف كيلومتر. وقد بلغت السعة الكلية
للألياف الضوئية بين أمريكا وأوروبا © غيغابت في الثانية عام e NIAE‏ ارتفعت إلى
٠١‏ غيغابت في الثانية عام 1944 . كذلك» بنيت شبكات ضوئية تربط الدول
المتجاورة بعضها ببعض ؛ كما في الشبكة الضوئية الأوروبية» التي تربط كبرى المدن
الأوروبية» من خلال ES‏ ضوئي بطول £o‏ آلف كيلومتر وسعة ٠١١‏ غيغابت في
الثانية . وهنالك مشروع ضخم لد كبل ضوئي بري بحري حول العالم» لربط ٠١١‏
دولة» بطول 775 ألف كيلومتر وسعة تصل إلى آلف غيغابت فى الثانية ؛ أي ما يعادل
YO‏ مليون مكالمة هاتفية غير مضغوطة . ۰

ه. شبكات المعلومات

تتكون شبكة المعلومات من عدد كبير من المشتركين» الذين يمكن لأي منهم الاتصال
بأي مشترك آخر على الشبكة لتبادل المعلومات معه؛ على أن يكون لكل مشترك عنوانه
المحدد. وتتكون الشبكة من الأجهزة الطرفية للمشتركين؟ ومن مراكز التبديل» التي
تعمل على تأمين قناة الاتصال المناسبة لربط المشترك الطالب مع المشترك المطلوب؛ ومن
أنظمة التراسل» التي تربط المشتركين مع مراكز التبديل» وتربط مراكز التبديل بعضها
ببعض . ويجري توفير قناة الاتصال على الشبكة بناء على طلب أحد المشتركين» من
خلال إرسال إشارات تحكم من جهازه الطرفي على شكل سلسلة من الأرقام أو
الأحرف إلى أقرب مركز تبديل ؛ ليقوم بترجمة هذه الإشارات» التي تعمل على إغلاق
المفاتيح اللازمة لإيصال المشترك إلى الوجهة التي يريدها. وتستخدم مراكز التبديل
إحدى طريقتين لتأمين قناة الاتصال المطلوبة» هما: التبديل الداراتي» والتبديل
الرزمي . ضفي التبديل الداراتي المستخدم في الشبكات الهاتفية» تغلق سلسلة من
المفاتيح في مقاسم التبديل المختلفة للحصول على قناة الاتصال اللازمة» التي تبقى
محجوزة طوال المكالمة» بصرف النظر عن نسبة إشغالها التي لا تتجاوز الخمسين بالمئة
في المكالمات الصوتية . أما التبديل الرزمي ؛ الذي ظهر في بداية الستينيات كنظام تبديل

YA:

أ.د. منصور العبادي
لشبكات الحواسيب» فإنه يتميز بنسبة إشغال عالية» ويستخدم الحواسيب بدل المقاسم
في إجراء عملية التبديل؛ حيث يجزيء الحاسوب الرسالة إلى عدد من الرزم يحوي
كل منها جزءا من معلومات الرسالة الأصلية؛ إضافة إلى Ol ge‏ الطالب والمطلوب
والرقم التسلسلي للرزمة؛ ثم يرسلها على التوالي إلى أقرب حاسوب مرتبط معه؛
وهذا بدوره يمررها إلى حاسوب آخر» وهكذا؛ إلى أن تصل إلى عنوانها المطلوب .
ونظرا للتأخير الزمني العشوائي الذي تعاني منه أنظمة التبديل الرزمي» فقد تعذر
استخدامها في نقل المكالمات الهاتفية . لذلك» طُوّرت أنواع من التبديل تجمع بين نوعي
التبديل الداراتي والرزمي قادرة على نقل مختلف أنواع المعلومات المرئية والصوتية
والبيانية؛ وذلك بعد تحويلها إلى إشارات رقمية . وأشهر هذه الأنواع ما يسمى da‏
الإرسال اللامتزامن» الذي يتكون من رزم ثابتة الطول» ترسل تباعا بمعدل يعتمد على
سعة قناة الإرسال.

أ التلغراف والتلكس والناسوخ (الفاكس)

اخمترع الأمريكي مورس التلغراف في عام 1۸۳۷ء وتمكن في عام VALE‏ من
إرسال أول رسالة برقية كهربائية عبر الأسلاك النحاسية . ويعمل التلغراف على تحويل
الرسالة المكتوبة إلى سلسلة من النبضات الكهربائية الطويلة والقصيرة؛ باستخدام
شيفرات محددة لتمثيل الحروف الأبجدية؛ وترسل هذه بالضغط على مفتاح كهربائي
GLY‏ دارة كهربائية» تمتد بين المرسل والمستقبل» ويفتحها؛ وعند المستقبل يرسم قلم
مثبت على مطرقة كهربائية خطوطا طويلة وقصيرة» تترجم لاسترجاع الرسالة
الأصلية.

بدأت خحدمة التلغراف بالانتشار بشكل متسارع في جميع أنحاء أمريكا الشمالية؛
ومنها إلى أوروبا وبقية دول العالم . وربطت المراكز البريدية ومحطات القطارات
والمراكز المالية والدوائر الحكومية والوحدات العسكرية بشبكة من أنظمة التلغراف؛
فسهلت بذلك على الئاس نقل الرسائل والأخبار بسرعة الضوء. ومد أول كبل بحري

YAY

عبر القنال الإنجليزي لتوفير خدمة التلغراف بين فرنسا وإنجلترا عام Pa . 1۸١١‏
أول نظام تلغراف بحري بين أوروبا وأميركا عام SAV‏ وفي عام 2181/4 تمكن
الأمريكي وماس أديسون من إرسال ٤‏ برقيات (اثنتين في كل اتجاه) على hhi‏ نفسهء
زيدت إلى ۸ برقيات عام 1916 . وفي عام VAG‏ بدأت المحاولات لاستخدام
cole ll‏ الكهرمغناطيسية لنقل الرسائل البرقية لاسلكيا؛ لكن بسبب ضعف الإشارات
وعجزها عن تشغيل أجهزة استقبال التلغراف» تأخر استخدامها عمليا إلى أن اخترع
الصمام الإلكتروني عام 1405 . ومع اختراع نظام الطباعة عن بعد (تليبرنتر) عام
CY ١‏ أصبح بالإمكان إرسال الرسائل المكتوبة بشكل أسهل وأسرع؛ فما يطبع على
طابعة (راقنة) الإرسال» يظهر مباشرة على الورق عند طابعة الاستقبال. وبذلك بدأت
خدمة الطابعات البعدية تحل تدريجيا محل التلغراف» وسَّميّت لاحقا التلكس . وفي
QUAM DM AM‏ ع ا EE‏
الهاتف» وأعطي رقم لكل مشترك. وبدأت شبكات التلكس بالانتشار» مع تزايد
الطلب على mM OIN M DADA x Yl‏ . أما الناسوخ»
الذي يتميز على التلغراف والتلكس بقدرته على إرسال صورة طبق الأصل من الوثيقة
الأصليةء فقد ظهر عام 19475 E‏ حيث استخدم المسح الميكانيكي لتحويل محتويات
الصفحة المراد إرسالها إلى إشارة كهربائية ترسل من خلال شبكات الهواتف العامة»
فيعيد جهاز آخر طبعها على فلم يحمّض لإظهار الصورة. لقد كانت عملية إرسال
الناسوخ واستقباله بالطريقة الميكانيكية بطيئة جداً؛ ما حد من انتشار هذه الخدمة» إلى
أن ظهرت أنظمة المسح والإظهار الإلكترونية في منتصف السبعينيات» التي قلصت
Lus‏ زمن الإرسال» بحيث أمكن إرسال الصفحة واستقبالها في أقل من عشر ثوان

ب شبكة الهواتف العامة

تمكن الأمريكي غراهام بل عام AVO‏ من اختراع جهاز الهاتف» الذي يتكون من
ميكرفون يحول الصوت إلى إشارة كهربائية» وسماعة تحول الإشارة الكهربائية إلى
صوت . وأسس عام ۱۸۷۷ أول شركة للخدمة الهاتفية (شركة بل للهواتف) التي

ray

أ.د. منصور العبادي

انشأت أول شبكة هاتفية فى إحدى المدن الأمريكية بسعة Y Y‏ خطاء وكان مأمور المقسم
يربط المشتركين يدويا. وبدأ الطلب يتزايد على هذه الخدمة ؛ فبنيت شبكات هائفية
محلية ممائلة في بقية المدن الأمريكية. وفي عام ١۱۸۸ء‏ ربطت الشبكات المحلية
المتجاورة بعضها ببعض لتمكين المشتركين من الاتصال بالمناطق والمدن المجاورة» ضمن
مدى لا يتجاوز مئة كيلومتر› سبب ضعف الإشارات الكهربائية . وفي YASY ele‏ «
استخدم أول مقسم آلي (مقسم الخطوة خطوة) في الشبكة الهاتفية» بديلا عن مأمور
المقسم؛ حيث يطلب الرقم من خلال أربعة أزرار ترتبط بالمقسم بأربعة أسلاك إضافة
إلى سلك خامس لنقل المكالمة» واستخدمت الأرض خطا راجعا لهذه الأسلاك
الخمسة. وفي عام 1۸4١‏ » حل محل الأربعة أزرار الهواتف القرصية ذات العشرة
أرقام» التي ترتبط بالمقسم بسلكين فقط» بعد الاستغناء عن الأرض et‏ راجعاً. وفي
عام EY Yo‏ تمكن المهندسون من زيادة مدى المكالمات الهاتفية» ليصل إلى آلاف
الكيلومترات باستخدام مضخمات الصمامات الإلكترونية التي اخترعت عام NAV‏
البعيدة؛ فنقل عدد كبير من المكالمات على الكبل نفسه باستخدام تكنولوجيا تعاقب
التقسيم الترددي . وفي عام ١578‏ » استخدمت مقاسم القضبان المتعامدة والمرحلات
الكهربائية» التى تمتاز بصغر حجمها وقلة ضجيجهاء مقارنة بمقاسم الخطوة خطوة.
وفي عام CY E‏ استخدمت أنظمة اتصالات الموجات الدقيقة لنقل المكالمات بين
المدن؛ خاصة في المناطق الوعرة التي يتعذر فيها مد الكوابل المحورية. وفي عام
1400« بدأت الخدمة الهاتفية السلكية بين أوروبا وأمريكاء بعد مد أول Je‏ محوري
بحري بينهما عبر المحيط الأطلسي . وفي عام ١٠1۹ء‏ ظهر ا لحيل الأول من المقاسم
الإلكترونية المبنية من الترانزستورات. ثم استخدمت التكنولوجيا الرقمية في JE‏
المكالمات بين المقاسم (1977١)؛‏ وظهرت الهواتف ذات أزرار الكبس COVETED‏
واستخدمت الأقمار الصناعية فى نقل المكالمات الهاتفية بين القارات £(Y430)‏
والمقاسم المحكومة بالبرامج المخزنة 800 £O‏ والهاتف اللاسلكي ANIV)‏

yar

والتكنولوجيات الرقمية بدل المرحلات المزمارية في المقاسم الإلكترونية (191/5)؛
وكبول الألياف الضوئية لنقل OUI‏ الهاتفية بين المقاسم ca Sil €(Y AVV)‏ المتنقلة
الخلوية «(Y AY)‏ والشبكة الهاتفية لنقل خدمة الإنترنت للمنازل .)١1995(‏ ومع نهاية
القرن العشرين» أصبحت شبكة الهواتف العامة تربط ما يزيد على بليون مشترك في
جميع أنحاء الكرة الأرضية. by s‏ هذا al‏ الهم من CaS sl‏ بيده ISN‏
العملاقة بأقل قدر من الأجهزة والأسلاك. ربط المشتركون في المنطقة الجغرافية
الواحدة بمقسم محلي موجود في مركز ثقل التجمع السكاني» لتقليل كمية الأسلاك
النحاسية المستخدمة . ومن خلال هذه الشبكة المحلية» يستطيع المشتركون الاتصال آليا
بعضهم ببعض ؛ حيث يتولى المقسم الآلي تحديد مسار المكالمة بعد تسلّمه الرقم
المطلوب. ولتمكين هؤلاء المشتركين من الاتصال مع مشتركي المقاسم المحلية الأخرى
في الدولة الواحدة» تُربط المقاسم المحلية المنجاورة بمقاسم مركزية؛ والمقاسم المركزية
بمقاسم وطنية . وغالبا ما تستخدم الكبول المحورية وكبول الألياف الضوئية ووصلات
الموؤأجات الدقيقة لربط المقاسم بعضها ببعض. أما الاتصال بين مشتركي الدول
المختلفة» فيتحةق بربط المقاسم الوطنية بمقاسم دولية ترتبط مع بعضها بعضا بشكل
مباشر» في حالة وجود حركة هاتفية كبيرة بين الدولتين» أو عن طريق دول أخرى في
حالة الحركة الهاتفية الخفيفة؛ وذلك باستخدام الكبول المحورية» وكبول الألياف
الضوثية » ووصلات الموؤجات الدقيقة» والأقمار الصناعية.

ج ‏ الشبكات الهاتفية Ze pall‏ الخاصة

نظرا لحاجة المؤسسات والشركات وغيرها من التجمعات إلى توفير الخدمة الهاتفية
للعاملين فيهاء لتمكينهم من الاتصال فيما بينهم SEY‏ مهماتهم بكفاءة عالية» وجد أنه
من غير المجدي اقتصاديا توفير خط هاتف عام لكل موظف . لذلك؛ كان الحل الأمثل
بناء شبكة اتصال هاتفية فرعية خاصة داخل هذه المؤسسات . وتتكون الشبكة الهاتفية
الفرعية الخاصة من مقسم فرعي آلي» بسعة كافية لتوفير الخدمة الهاتفية بين مستخدمي
الهيئة المعنية . ويربط هذا المقسم الفرعي مع الشبكة الهاتفية العامة بعدد كاف من

TAE

أ. د. منصور العبادي
الخطوط e‏ يتحدد بناء على حجم الحركة الهاتفية الداخلة والخارجة. وفي بداية ظهور
هذه الخدمة» كان يلزم وجود مأمور مقسم أو أكثر لربط المكالمات الخارجة والداخلة من
المقسم وإليه ؛ لكن بعد أعوام AG‏ > أصبح بمقدور العاملين الاتصال بالشبكة الهاتفية
العامة مباشرة؛ بإضافة رقم معين قبل رقم الهاتف المطلوب . ثم أصبح بالإمكان
الاتصال بأي رقم داخل الشبكة الفرعية من خارجهاء بطلب أحد الأرقام الخارجية
لهذه الشبكة ؛ وبعد فتح الخط يمكن طلب رقم الخط الداخلي آليا.

د أنظمة النداء اللاسلكية
برزت فكرة استخدام نظام اتصالات لاسلكي للمناداة على شخص متجول في
بداية الخمسينيات» بعد أن شاهد أحد المهندسين مدى الإزعاج الذي يعانيه المرضى في
المستشفيات نتيجة لاستخدام أنظمة النداء الصوتية لاستدعاء الأطباء والممرضات.
ويتكون نظام النداء اللاسلكي من جهاز إرسال واحدء وعدد كبير من أجهزة الاستقبال
اللاسلكية المحمولة من الأشخاص المتجولين . فيتسلّم عامل الإرسال رسائل النداءء
ويرسلها لاسلكيا على التعاقب إلى الأشخاص المعنيين . ولضمان وصول الرسالة إلى
الشخص المعني فقط » وعدم استقبالها من بقية المشتركين» خصّصت شيفرة خاصة لكل
جهاز استقبال» بحيث يستجيب الجهاز المعني فقط للرسالة المبثوثة . ويعمل de‏
ee‏ ار يو LO te‏ ينلبعث من
جهازه؛ فيعرف أنه مطلوب من شخص ما. فيتصل من أقرب هاتف عام بعامل
الإرسال لمعرفة الرسالة» أو للاتصال بالشخص العني . أما في الجيل الثاني » الذي ظهر
في بداية الثمانينيّات» فقد زودت أجهزة الاستقبال بشاشات رقمية تظهر رقم الشخص
الطالب الذي يرسله عامل الإرسال أو يدخل آليا؛ فيتصل المنادى بالشخص الطالب
مباشرة من دون الرجوع إلى عامل الإرسال. وفي التسعينيّات» ظهر الجيل الثالث
الذي يستطيع استقبال رسائل مكتوبة تظهر على شاشة جهاز الاستقبال؛ وبذلك»
يستغني الشخص المنادى عن البحث عن هاتف عام للاتصال بعامل الإرسال» أو حتى
بالشخص الطالب إذا كانت الرسالة واضحة» على أن لا تتعدى عددا معيئا من

۲40

الكلمات . لكن هذا النوع لم ينتشر كثيرا بسبب ضرورة توافر جهاز حاسوب مرتبط مع
خط الهاتف عند الشخص الطالب» لإدخال كلمات الرسالة» أو للاتصال بعامل
الإرسال لإملاء الكلمات المراد إرسالها. أما الجيل الرابع» فيعمل على إرسال رسالة
صوتية لا تتجاوز مدتها العشرين ثانية من الشخص الطالب؛ فتتلقاها أجهزة في مركز
الإرسال وترسلها إلى جهاز الاستقبال» الذي يخزنها في الذاكرة ade‏ سماعها من
الشخص المنادى . وتتميز أنظمة النداء اللاسلكية ببساطتها وقلة كلفتها؛ إذ يمكن لجهاز
إرسال يعمل على تردد واحد تغطية مدينة كاملة . لذلك» انتشرت انتشارا واسعا في

جميع دول العالم .

as‏ الشبكة الرقمية المتكاملة الخدمات

صّممت شبكة الهواتف العامة لنقل المكالمات الهاتفية ؛ إلا أنه يكن الاستفادة من
إمكاناتها لنقل أنواع أخرى من المعلومات وبمعدلات تقع ضمن قدرات هذه ARN‏
مثل ربط أجهزة الناسوخ والحواسيب. بدأ استخدام «المودمات» التماثلية في ربط
الحواسيب من خلال الشبكة الهاتفية منذ الستينيات . وكان معدل النقل لا يتجاوز بضع
مات من البقات في الثانية ؛ لكن مع استخدام طرق تعديل متقدمة» رقع معدل النقل
إلى السعة القصوى خط المشترك النحاسي » الذي وصل مع نهاية القرن العشرين إلى ما
يقرب من 05 كيلوبت في الثانية . ومع تزايد الطلب على خدمة الإنترنت من خلال
الشبكة الهاتفيةء أصبح من الضروري البحث عن حل لمشكلة تدني معدل JË‏ البيانات
على خط المشترك النحاسي» بسبب ضيق عرض نطاقه الذي لا يتجاوز Y.‏ كيلوهيرتز.
ويمكن حل هذه المشكلة من حيث المبدأ باستخدام خطوط نقل ذات عرض نطاق
واسع» كالألياف الضوئية والكبول المحورية. لكن هذا الحل يتطلب صرف آلاف
المليارات من الدولارات لاستبدال بأكثر من ثلاثة آلاف مليون كيلومتر من الأسلاك
النحاسية ما يماثلها من هذه الخطوط المقترحة . لذلك» انصب العمل على الإبقاء على
خط المشترك النحاسي واستخدام التكنولوجيا الرقمية لزيادة معدل نقل البيانات عليه»
بعد التخلص من المرشحات الموجودة عند نهاية خط المشترك في المقسم المحلي ؛ وهي

yaq

أ.د. متصور العبادي
المسؤولة عن انخفاض عرض نطاق السلك النحاسي . وفي بداية التسعينيات» ظهرت
أنواع عدة من المودمات الرقمية» أطلق عليها اسم «خط المشترك الرقمي»» تستطيع نقل
البيانات بمعدلات أعلى بكثير من المودمات التماثلية» وتصل إلى ما يزيد على V‏
ميغابت في الثانية ببعض أنواعها المسمى خط المشترك الرقمي اللامتماثل. وفي
تعفن العام ات عقن ر ات tis Pee eaa‏ عبط Hot‏
الرقمي؛ فوصل معدل نقل البيانات إلى ١١‏ كيلوبت في الثانية في كلا الاتجاهين .
وبإمكان هذا الخط نقل ثلاث قنوات اتصال: OLE‏ منها بسعة TE‏ كيلوبت فى الثانية»
Sty‏ قل fom Loge‏ كال Zola‏ ا Ce SU)‏ اران soi‏ ت اة
المسح لأغراض الهاتف القيديوي؛ والثالئة بسعة ١١‏ كيلوبت في الثانية» لأغراض
التأشير والتحكم . ونظرا لقدرة هذه الشبكة على نقل أنواع مختلفة من المعلومات»
أطلق عليها اسم الشبكة الرقمية المتكاملة الخدمات . وهي GLE‏ بإمكانية ربط ثمانية
أجهزة مختلفة» كالهواتف والحواسيب وأجهزة الناسوخ» على الخط نفسه؛ ولكل
جهاز رقمه الخاص» مقابل رقم واحد للخط في الشبكة الاعتيادية . وانتهى القرن
العشرون» وما زال حلم مهندسي الاتصالات بناء شبكة رقمية متكاملة الخدمات»
واسعة النطاق» تستطيع نقل جميع pl gl‏ المعلومات؛ با فيها الإشارات التلفزيونية.
وهذا يتطلب إجراء تعديلات جوهرية على معمارية الشبكة وبروتوكولاتها؛ كاستبدال
بالمقاسم الإلكترونية الهاتفية وخطوط النقل بين المقاسم تكنولوجيات ومعَّدَات جديدة
للتراسل والتبديل» قادرة على التعامل مع مختلف أنواع المعلومات» مثل تكنولوجيات
غط النقل اللامتزامن والتراتب الرقمي المتزامن. وتعمل تكنولوجيا مط النقل
اللامتزامن على نقل البيانات الرقمية لمختلف أنواع إشارات المعلومات وتبديلها
باستخدام التبديل الرزمي . وتتميز هذه التكنولوجيا بثبات حجم الرزمة على خلاف
رزم شبكات الحواسيب المتغيرة الحجم . وهذا يساعد على تصميم معدات JE‏ وتوزيع
ذات كفاءة عالية وذات تأخير زمني يمكن التحكم به ؛ بحيث يكن نقل المكالمات الهاتفية
والإشارات التلفزيونية من خلالهاء والاستغناء عن أنظمة التبديل الداراتي ذات الكفاءة
المتدنية . أما تكنولوجيا التراتب الرقمي المتزامن» أو ما يسمى الشبكة الضوئية المتزامنة

YAY

في النظام الأمريكي» فهي تكنولوجيا تراسل ذات معدلات JB‏ عالية تستخدم في ربط
عقد الشبكات الرقمية . وغالبا ما تستخدم كبول الألياف الضوئية قنوات للاتصال»
نظرا لقدرتها الفائقة على نقل هذه المعدلات العالية من البيانات .

و شبكات الهواتف المتنقلة والخلوية

ظهرت فكرة أنظمة الاتصالات المتنقلة مع ظهور الإرسال اللاسلكي في بداية
القرن العشرين . لكن» بسبب الحجم الكبير لأجهزة الإرسال والاستقبال وحاجتها إلى
طاقة عالية لتشغيلهاء تأخر استخدامها إلى بداية الأربعينيّات؛ حيث استخدمت فى
أنظمة EE IPC RS LEE PEE SSI‏ آنا مدا فى NUS‏
الهواتف» فقد تأخر إلى بداية الثمانييّات» بعد نضح تكنولوجيات الدارات المتكاملة
والمعالجات الدقيقة» التي ساعدت على تصنيع هواتف صغيرة الحجم خفيفة الوزن»
قليلة الاستهلاك للطاقة» يكن حملها بالمركبات الصغيرة. ونظرا لقلة الترددات المتاحة
لشبكات الهواتف اللاسلكية» فقد استخدم نظام الهواتف الخلوية بتقسيم المنطقة
الجغرافية المراد تغطيتها إلى عدد من المناطق تسمى خلاياء يتراوح قطر الواحدة منها بين
نصف كيلومتر وبضعةكيلومترات» وتوجد في كل خلية محطة قاعدية تؤمن الاتصال
لكل مشترك يدخل إليها. ويمكن في هذا النظام زيادة عدد المشتركين بشكل كبير»
بإعادة استخدام الترددات المتاحة؛ لكن بطريقة مدروسة» تفاديا للتداخل بين المكالمات
المنقولة على التردد نفسه في الخلايا المتجاورة . ويتكون نظام الهواتف الخلوية من
محطات قاعدية وهواتف متنقلة 153 تتخاطب فيما بينها باستمرار» من خلال قنوات
التأشير والتحكم لتأمين الترددات اللازمة لإجراء المكالمة» وتّربط المحطات القاعدية مع
مركز تبديل وتحكم خاص بشبكة الهواتف الخلوية لتأمين الاتصال بين جميع
المشتركين؟ كما يُربط هذا المركز بمراكز تبديل شبكة الهواتف العامة لتأمين الاتصال مع
مشتركي هذه الشبكة .

بدأ استخدام الهواتف الخلوية التماثلية في مطلع الثمانينيّات بهواتف كانت تحمل
في المركبات . ومع تطور تكنولوجيا الدارات المتكاملةء صنعت هواتف خلوية صغيرة

YAA

أ.د. منصور العبادي
الحجم خفيفة الوزن يمكن حملها. وفي عام CARY‏ ظهر في أوروبا النظام العالمي
للاتصالات المتنقلة » الذي يستخدم التكنولوجيا الرقمية بدل التكنولوجيا التمائلية›
ويمتاز بإمكانية زيادة عدد المشتركين باستخدام تكنولوجيات متقدمة لضغط الصوت.
وفي منتصف التسعينيات» بدأ في أمريكا العمل لتطوير نظام جديد للهواتف الخلوية»
هو نظام الاتصالات الشخصيء الذي يستخدم الأقمار الصناعية غير المتزامنة ذات
المدارات النخفضة والمتوسطة (ومحطات قاعدية يمكنها التقاط إشارات الهواتف
الخلوية الضعيفة لقربها من الأرض)؛ غير أنها لا تظهر في سماء المنطقة إلا لفترة زمنية
معينة نتيجة لعدم تزامن دورانها مع دوران الأرض» كما في الأقمار المتزامنة . لهذاء لا
بد من وضع عدد كاف من هذه الأقمار في مدارات عدة توزع فيها أقمار المدار الواحد
على محيطه بانتظام ؛ بحيث كلما غاب أحدهاء طلع القمر الذي يليه. فتحول
المكالمات تلقائيا إليه . لقد بدأت شركات عالمية عدة ببناء مثل هذه الأنظمة» أشهرها:
نظام شركة مترولاء الذي يتكون من 57 قمرا موزعة على ستة مدارات دائرية فوق
قطبية ١١(‏ قمرا في كل مدار على ارتفاع ۷۸۰ کیلومتراً)» ويشع كل قمر EA‏ شعاعاء
يغطي كل شعاع منها خلية بمساحة أرضية يبلغ قطرها ga es ٠١١‏ ويستطيع القمر
الواحد معالجة ١١١١‏ مكالمة هاتفية في Lee of‏ وبلغ عدد الهواتف الخلوية عام VAAA‏
في العالم E‏ ملايين» وارتفع إلى ما يزيد على ٠٠١‏ مليون عام 1444 . ويتوقع في
المستقبل القريب أن يتجاوز عدد الهواتف الخلوية عدة الهواتف الثابتة» التي بدأ معدل
الاشتراك فيها بالتناقص .

ز شبكات اتصالات الحواسيب وشبكة الإنترنت

بدأ العمل على تطوير شبكات اتصالات الحواسيب في السشينيّات من القرن
العشرين t‏ حين قامت وزارة الدفاع الأمريكية بدعم مجموعة باخثين لدراسة أنجع
السبل للحفاظ على أدنى قدر من التراسل بين مراكز معلوماتهاء فيما لو تعرض بعضها
للدمار في حالة الحرب . فاقترح بناء شبكة معلومات يكون التحكم فيها موزعا على
جميع عقد الشبكة . واستخدم في هذه الشبكة التبديل الرزمي بدل التبديل الداراتي؛

yaa

حيث تقسم الحواسيب الرسالة إلى رزم» تحتوي كل منها على جزء من معلومات
الرسالة الأصلية؛ إضافة إلى معلومات تتعلق بترتيب هذه الرزم وعنوان العقدة المرسلة
والمستقبلة ؛ ثم ترسل الرزم إلى أقرب عقدة تقع في اتجاه العنوان المطلوب؛ فتقذفها
بدورها لعقد أخرى في الشبكة» حتى تصل إلى العقدة النهائية التي تجمع الرزم
لاسترجاع الرسالة الأصلية. وفي عام ١1474‏ » بتيت أول شبكة من هذا النوع» أطلق
عليها اسم (أربانت)» لربط مجموعة من الحواسيب الفائقة السرعة. وبدأت هذه
الشبكة بالتوسع» حتى وصل عدد العقد في عام YAVY‏ إلى YY‏ عقدة. وزامن ذلك
ظهور شبكات حاسوبية أحرى ؛ كشبكة الإيئرنت CV4VE)‏ اللستخدمة في الجامعات
ومراكز البحوث» وشبكة اليوزنت OV AV)‏ وشبكة البتنت OAN‏ لكن بقيت كل
منها مستقلة عن الأخرى. وفي عام ١1۹۸ء‏ بدأ العمل على ربط هذه الشبكات غير
المنجانسة مع بعضها بعضا لإنشاء ما يسمى شبكة الشبكات أو الإنترنت» باستخدام
برتوكول ربط جديد طور عام ۱۹۷۷ . ومع ظهور الحواسيب الشخصية في الثمانينيّات
وتزايد شبكات الحواسيب المحلية» بدأت شبكة الإنترنت بالتوسع حتى وصل عدد
العقد فيها إلى عشرة آلاف عقدة عام 1984 . واقتصر استخدامها على العلماء
والباحثين وطلبة الجامعات لنقل الملفات والبرامج والبريد الإلكتروني. أما ثورة
الإنترنت الحقيقية» فقد بدأت من المختبر الأوروبي لفيزياء الجسيمات {CERN‏ بعد أن
اقترح أحد باحشيه طريقة فريدة للوصول إلى المعلومات المبعثرة في مواقع شبكة
الإنترنت» من خلال ما يسمى نظام التصفح . فبموجب هذا النظام» يكن للمستخدم
الوصول إلى ما يريده من معلومات من خلال التأشير والنقر بالفأرة على كلمات معينة
موجودة على الصفحة المعروضة على شاشة الحاسوب؛ فتأتي له بصفحات جديدة.
وتمكن هذا الباحث عام ۱۹۹۰ من تطوير أول پرتوكول للتصفح . وفي عام «V8AY‏
أنشئ أول موقع للتصفح» أو ما سمي خادم الشبكة ؛ US go‏ بمپلاد ما يسمى شبكة
المعلومات العالمية أو الشبكة العنكبوتية . وفي عام 61940 طورت متصفحات تجارية
عالية الكفاءة؛ ما أدى إلى تزايد أعداد المشتركين في شبكة الإنترنت بشكل غير متوقع .
فارتفع عدد المشتركين من مثة الف عام ۱۹۸٩‏ إلى ثلاثة وأربعين مليونا عام ١998‏ . أما

أ. د. متصور العبادي
عدد خدام الشبكة» فقد كان ستمئة pale‏ عام 1494» وبلغ أربعة ملايين عام 1999 .
تقدم شبكة الإنترنت لمستخدميها عددا لا حصر له من الخدمات؛ كخدمة البريد
الإلكتروني» التي تتيح للمستخدم إرسال رسائله إلكترونيا إلى أي مشترك آخر على
الشبكة ؛ وخدمة البحث والتصفح. التي تمكن المستخدم من الوصول إلى عدد لا حصر
له من المواقع التي تحوي مختلف أنواع المعلومات Belang‏ مجموعة من آلات البحث؛
وخدمة التجارة الإلكترونية» التي تتيح للصناع والتجار عرض منتجاتهم وبضائعهم
على الشبكة» وتمكن الزبائن من التجول في هذه الأسواق الإلكترونية ومقارنة البضائع
المعروضة. وتتكون شبكة الإنترنت من عدد ضخم من الشبكات المحلية ومواقع
المعلومات» التي تتراسل فيما بينها بواسطة حواسيب ذات إمكانات متقدمة تسمى
البوابات» تقع عليها مسؤولية إرسال رزم المعلومات واستقبالها. وتربط هذه الشبكات
والمواقع باستخدام أنظمة اتصالات خاصة؛ أو من خلال شبكات الهواتف العامة
التي سهلت بشكل كبير انتشار خدمة الإنتترنت» خاصة لمشتركي المنازل الذين
يستخدمون خط الهاتف للتراسل مع مواقع الشبكة. ومع تزايد الطلب على خدمة
الإنترنت» الذي يتوقع له أن يتضاعف كل ثلاثة أشهرء أصبحت الحركة الناتجة عن
خدمة الإنترنت على خطوط التراسل في الشبكة الهاتفية العامة تنافس الحركة الهاتفية ؛
مادفع بكثير من الشركات إلى بناء أنظمة اتصالات عملاقة» مثل : كبول الألياف
الضوئية البرية والبحرية» التي تربط الدول مع بعضها بعضاً؛ ومنظومات الأقمار
الصناعية التي ستعمل على نقل الحركة الناتجة عن الإنترنت؛ إلى جانب تقديم هذه
الخدمة مباشرة من الأقمار الصناعية إلى المنازل. ومن هذه المشروعات العملاقة :
مشروع "تليديسك؛ المتمثل بوضع YAA‏ قمرا صناعيا في Y‏ مدارا أرضيا منخفضا على
ارتفاع 0 كيلومترا. وهنالك مشروعات عدة لاستخدام أقمار صناعية متزامنة›

يكفي ثلاثة منها لتغطية معظم سطح الأرض .

5.أنظمة اليث
يتكون نظام البث من مرسل واحد» يبث المعلومات على شكل موجات

£*1

كهرمغناطيسية إلى عدد كبير من المستقبلات المزودة بهوائيات الاستقبال المناسبة .
وتنتشر الموجات المبشوثة من ا مرسل على شكل مؤجات سطحية أو جوية أو فضائيةء
تبعا لقيمة التردد ونوع هوائيات البث المستخدمة. ويستخدم في هذه الأنظمة بعض
أنواع التعديل التي تقلل من كلفة تصنيع أجهزة الاستقبال؛ لكن غالبا ما يقابل ذلك
هدر في طاقة البث» وفي عرض النطاق الذي نحتله محطات البث .

أ اليث الإذاعي

بدأ التفكير بالبث الإذاعي مع اكتشاف cole gl‏ الكهرمغناطيسية عام 4189٠‏
لكن» بسبب غياب مولدات الذبذبات ومضخمات الإشارات» تأخر اختراع الصمام
الإلكتروني إلى عام ١407‏ على يدي الأمريكي دي فورست. الذي بنى أول جهاز بث
لاسلكي عام ۱۹٠۷‏ . وفي عام NAVA‏ افتتحت أول محطة بث إذاعي رسمية في
أمريكاء لتبدأ بعدها محطات البث بالانتشار السريع في أمريكا وبقية دول العالم.
ودخل الراديو إلى كثير من المنازل. وكان حجمه بحجم جهاز التلفزيون؛ بسبب
استخدام الصمامات الإلكترونية فيه . ومع اختراع الترانزستور عام ۱۹٤١۷‏ واستخدامه
بديلا للصمام» تقلصت أحجام أجهزة الراديو ليصبح بعضها بحجم الكف أو أصغر.

استخدم البث الإذاعي تعديل الاتساع لتحميل الإشارات الصوتية على الحاملات
الراديوية» التي تقع تردداتها في نطاق الترددات المنخفضة والمتوسطة. لكن» بعد
اكتشاف الموجات القصيرة عام ١415‏ وتكنولوجيا تعديل التردد عام ١1۹۳ء‏ ظهر
نوعان آخحران من البث الإذاعي» هما: راديو الموأجات القصيرة» وراديو تعديل
التردد. ويعمل راديو تعديل الاتساع اليوم في نطاق الترددات المتوسطة بواقع ٠١‏
كيلوهيرتز لكل محطة راديوية» وتنتشر موجاته على شكل مؤجات سطحية لا يتجاوز
مداها بضع مئات من الكيلومترات . أما راديو الموجات القصيرة» الذي يستخدم تعديل
الاتساع أيضاء فيعمل في نطاق الترددات العالية وتنتشر موجاته على شكل ee s‏
جوية يصل مداها إلى بضعة آلاف من الكيلومترات؛ لكن» لا يستقبل بثه إلا في فترات

آ. د. منصور العبادي
محدودة بسيب اعتماده على طبقات الأيونسفير» التي تتأثر خصائصها بموقع الشمس .
وأما راديو تعديل التردد» فيعمل في نطاق الترددات العالية جداء بواقع ٠٠١‏
كيلوهيرتز لكل محطة . ويتميز هذا البث بنوعية صوت عالية بسبب إرسال الإشارة
الصوتية بكامل نطاقهاء وبسبب مقاومة تعديل التردد للغسجيج؛ لكن عيبه يكمن في
عدم وصول البث إلى AST‏ من بضع عشرات من الكيلومترات» بسبب انتشاره على
شكل موجات فضائية لا ينحني مسارها مع انحناء سطح الأرضء كما في الموٴجات
السطحية . وبالرغم من أن الطيف الترددي المخصص لحطات البث الراديوي لا يتسع
لأكثر من بضع مئات من المحطات» فإنه بإعادة استخدام الترددات نفسها في المحطات
المتباعدة جغرافيا يمكن زيادة عدد محطات البث إلى مئات الآلاف . مثلاء يوجد في
الولايات المتحدة ما يزيد على عشرة آلاف محطة بث راديوي» معظمها من نوع تعديل
التردد. وقد أمكن استخدام الأقمار الصناعية لبث المحطات الإذاعية ضمن عرض
النطاق المخصص للقنوات التلفزيونية ؛ إذ يكن تحميل محطات إذاعية عدة مع كل
محطة تلفزيونية» ويمكن الاستماع إليها من خلال جهاز التلفزيون» بتوليف تردد حامل
الصوت في الإشارة التلفزيونية .

ب البث التلفزيوني

قام الأمريكي كيري عام ۱۸۷١‏ بأول محاولة لنقل الصور باستخدام الكهرباءء
وذلك بتسليط الضوء المنعكس عن الصورة على لوح مرصع بعدد كبير من الخلايا
الضوئية التي تولد تيارات كهربائية» تنقل بالأسلاك إلى عدد PU‏ من المصابيح
الكهربائية الصغيرة والمتراصة» فتضىء بدرجات متفاوتة؛ راسمة بذلك JAB‏ الصورة
الأصلية . وفي عام ١۱۸۸ء‏ تمكن GUY‏ نبكو من تقليص العدد الكبير من الخلايا
ae alge‏ عي ل ل piani‏
بعاد كبير من الثقوب» يمرر عند تدويره الضوء إلى الخلية التي تحوله إلى تيار كهربائي»
ينقل بسلكين إلى مصباح ta‏ مثبت أمام قرص مثقب آخر ؛ فيرسم عند تدويره JAB‏
ad‏ الأصلية byte‏ أن خرو sail case ll‏ الاك geal‏ فى fis‏

رت

التلفزيون» فهو اختراع أنبوب الأشعة المهبطية عام ۱۸۹۷ء الذي استخدم كشاشة
لإظهار الصور عام c AAYO‏ وكمرة تلفزيونية عام e VAYA‏ من خلال استخدام المسح
الإلكتروني بدل المسح الآلي . وفي عام 1975 » حققت ألانيا أول بث تلفزيوني غير
ملون؛ تبعتها فرنسا في العام نفسهء وبريطائيا عام VAT‏ والولايات المتحدة عام
4. أما البث التلفزيوني الملون» فقد بدأ في الولايات المتحدة عام ١985‏ ؛ ESI‏
تأخر في الدول الأوروبية إلى بداية الستينيات .

تعمل الكمرة التلفزيونية وجهاز التلفزيون على مبدأ خداع العين البشرية؛ بحيث
يخيل لها عند عرض مجموعة من الصور المتلاحقة لمشهد ماء بمعدل يزيد على ١١‏
صورة في الثانية» أن هذا المشهد متحرك. ويخيل لها كذلك عند النظر لنقطتين
مضاءتين ومتجاورتين كأنهما نقطة واحدة. وعلى هذاء تقوم الكمرات التلفزيونية غير
الملونة بالتقاط ٠٠١‏ صورة في الثانية في النظام الأمريكي» Yo,‏ صورة في الثانية في
النظام الأوروبي ؛ ثم تحول شدة إضاءة النقاط الموجودة على كل صورة إلى إشارة
كهربائية من خلال عملية مسح إلكترونية بمعدل ٠۲١‏ خطا للصورة في النظام
الأمريكي » و 776 خطا في النظام الأوروبي. وفي الكمرات الملونة» يوجد ثلاثة
مرشحات ضوئية تحول الصورة إلى ثلاث صورهء تمثل محتوياتها من كل من اللون
الأحمر والأخضر والأزرق» وتمسح هذه الصور إلكترونيا لتحويلها إلى ثلاث إشارات
كهربائية ؛ ثم تدمج في إشارة كهربائية مركبة واحدة.

يتكون جهاز التلفزيون الملون من جهاز استقبال» يستخلص إشارات اللون من
الإشارة الكهربائية المركبة؛ ومن co ol‏ أشعة مهبطية» يتكون من ثلاث قاذفات
إلكترونية ؛ ومن شاشة مغطاة بعدد كبير جدا من الحبيبات الفسفورية المرتبة على شكل
cole pores‏ يتألف كل منها من ثلاث حبيبات تشع الألوان الأساسية عند قذفها
بالإلكترونات. وعند تسليط إشارات اللون على مهابط القاذفات الإلكترونية الثلاث»
للتحكم بشدة الأشعة الإلكترونية المنبعثة منهاء تبدو كل مجموعة فسفورية للعين نقطة
واحدة بلون واحد» هو اللون الناتج عن مزج الآلوان الأساسية الثلاثة. ويتكون نظام
البث التلفزيوني الأرضي من محطة بث أرضية تبث في جميع الاتجاهات» من خلال

£ft

أ. د. منصور العبادي
هوائي منصوب على برج مرتفع» ليصل البث إلى أبعد مدى بممكن. ويتم البث
باستخدام الترددات العالية جدا وفوق العالية» التي تنتشر كموجات فضائية لا تزيد فيها
مسافة التغطية في الغالب على مئة كيلومتر. ويصل عرض نطاق الإشارة التلفزيونية
إلى ستة ميغاهيرتز. لهذاء فإنه يلزمها حامل عالي التردد؛ ما أوجب تخصيص بعض
أجزاء نطاقي الترددات العالية جدا وفوق العالية لأغراض البث التلفزيوني e‏ لتستوعب
AY‏ قناة تلفزيونية» ابتداء من 0f‏ ميغاهيرتز. لكنها قلّصت إلى 1۹ قناةء بإلغاء
القنوات ذات الأرقام من ۷١‏ إلى CAT‏ لإتاحة المجال لاستخدامات آخرى» مثل أنظمة
الهواتف الخلوية .

ج ‏ التلفزيون الرقمي والتلفزيون الرقمي العالي الوضوح

ob‏ استخدام التكنولوجيا الرقمية في البث التلفزيوني» بسيب وجود مئات الملايين
من التلفزيونات التي يجب أن تعدل أو تبدل في حالة تطوير نظام تلفزيوني جديد. بدأ
العمل على تطوير التلفزيون الرقمي عام ١1497‏ . وبدأت شركات البث التلفزيوني
الفضائي باستخدامه بعد متتصف التسعينيات ؛ حين تمكنت باستخدام تكنولوجيات
ضغط متقدمة من بث عشر قنوات تلفزيونية عبر المستجيب القمري الواحد» مقايل قناة
واحدة في النظام التماثلي . وفي أواخمر القرن العشرين» بدأ التحول إلى التكنولوجيا
الرقمية في أنظمة البث الأرضية» بواقع أربع قنوات تلفزيونية رقمية عادية أو قناة
تلفزيونية رقمية عالية الوضوحء مقابل قناة y CDU‏ واحدة؛ ما دفع هيئة الاتصالات
الفدرالية الأمريكية إلى إعطاء مهلة لمحطات البث الأرضية حتى نهاية عام ٠١١5‏
للتحول إلى البث الرقمي . إن التحول للبث الرقمي لا يعني بالضرورة استخدام
تلفزيون رقمى؛ بل يمكن استقبال الإشارات التلفزيونية الرقمية بواسطة جهاز استقبال
رقمي يحول الإشارة الرقمية إلى إشارة ALU‏ تغذي جهاز التلفزيون العادي. أما
التلفزيون الرقمي العالي الوضوح» فقد عمل الأمريكيون واليابانيون على تطويره
بسبب التدني في وضوح الصورة في نظامهم؛ إذ يبلغ عدد خطوط المسح فيه OVO‏
خطاء Wo plas‏ خطا في النظام الأوروبي . ويبلغ عدد خطوط المسح في أحد

0

الأنظمة المقترحة ١‏ خطا؛ كما تبلغ نسبة العرض إلى الارتفاع في الشاشة ٠١‏ إلى
٩‏ مقابل ٤‏ إلى Y‏ في الأنظمة الحالية . وتبدو الصورة في هذا النظام كأحسن الصور
المعروضة على الشاشات السينمائية . لكن» تواجه هذا النظام مشكلات عدة» أهمها
عدم التوافق مع الأنظمة المستخدمة حالياء وعرض النطاق الكبير الذي تحتله الإشارة
التلفزيونية على الطيف الترددي؛ إذ تحتل حيزا يتسع لأربع إشارات تلفزيونية عادية في
حالة الإرسال التماثلي . «V‏ مع التحول إلى نظام البث الرقمي» أصبح بالإمكان
بث إشارة تلفزيونية رقمية عالية الوضوح» ضمن عرض النطاق المخصص للإشارة
التلفزيونية التماثلية.

د البث التلفزيوني بالكبول والبث التلفزيوني من الأقمار الصناعية

بدأ استخدام الكبول المحورية لتوزيع الخدمة التلفزيونية على المشتركين مع ظهور
البث التلفزيوني . فقدمت بعض الشركات هذه الخدمة للمناطق التي لا تصلها
الإشارات التلفزيونية الهوائية؛ إما لبعدهاء أو لوجود عوائق طبيعية تحول دون
وصولها. وتزايد الطلب على هذه الخدمة» بعد أن وفرت هذه الشركات عددا كبيرا من
القنوات التلفزيونية التي تلتقطها المحطات التلفزيونية البعيدة» أو التي تجمع برامجها
من المواد الممسجلة على أشرطة الفيديو. ويتكون نظام الكبول التلفزيوني من محطة
رئيسية تجمع القنوات التلفزيونية من مصادرها المختلفة بواسطة الهوائيات التلفزيونية»
والكبول المحورية» ووصلات cle hl‏ الدقيقة» والأقمار الصناعية؛ ثم تنقل هذه
القنوات عبر كبول محورية إلى المناطق المخدومة» التي يتفرع منها كبول لنازل
المشتركين . وتنتشر خدمة الكبول التلفزيونية على نطاق واسع في معظم الدول؛ ذلك
Ug‏ تمتاز بنقاء الإشارات التلفزيونية» ووجود عشرات القنوات التلفزيونية» وإمكانية
تقديم برامج حسب طلب المشترك بما يسمى الخدمة التلفزيونية تحت الطلب . ومع ظهور
خدمة البث التلفزيوني المباشر من الأقمار الصناعية» بدأت هذه الخدمة بالتراجع ؛
لكن» يتوقع لها أن تزدهر مع التوجه لاستخدام كبول الألياف الضوئية» التي يمكنها
حمل عدد كبير من القنوات التلفزيونية؛ إلى جانب نقل خدمات أخرى» كخدمة

EN

أ. د. منصور العبادي
التلفزيون تحت الطلب» وخدمة الإنترنت. أما خدمة البث التلفزيوني المباشر من
الأقمار الصناعية للمنازل» فقد بدأت بالظهور في الثمانينيات من القرن العشرين E‏ بعد
زيادة قدرة بث الأقمار الصناعية نتيجة لرفع كفاءة الخلايا الشمسية» وزيادة حساسية
المستقبلات الأرضية .

يتكون هذا النظام من قمر صناعي متزامن» يقع فوق المنطقة al A‏ تغطيتهاء ويحمل
عشرات المستجيبات التي يكن لكل منها استقبال قناة تلفزيونية أو أكثر من المحطات
الأرضية؛ فتعيد بثها إلى الأرض لتلتقطها هوائيات في المنازل. ويمكن للمشترك اختيار
القناة التلفزيونية من بين مئات conl adl‏ بتوجيه الهوائي يدويا أو تلقائيا باتجاه أحد
الأقمار الصناعية الموجودة في سماء تلك المنطقة . ومع نهاية القرن العشرين» أصبح
عدد أقمار البث التلفزيوني المباشر أكثر من مئة قمر موزعة على المدار المتزامن؛ بحيث
تغطي مناطق جغرافية متعددة على سطح الأرضء وتبث آلاف القنوات التلفزيونية
لمختلف الأغراض . ومع التحول من البث التماثلي إلى البث الرقمي» زيد عدد
ol pall‏ التي تبثها هذه الأقمار إلى عشرة أضعاف ما كانت عليه؛ إلى جانب الحصول
على درجات نقاء ووضوح عالية في الصوت والصورة.

V‏ أنظمة الاتصالات العسكرية

تنهض أنظمة الاتصالات بدور بارز في الأنظمة العسكرية الحديثة . فهي ساعدت
على اختصار الوقت والمسافات عند تنفيذ العمليات العسكرية؛ وقد يؤدي غيابها أو
تعطلها أو سوء استخدامها في ساحة المعركة إلى إلحاق الهزائم بالجيوش والدول.
العمليات العسكرية تدار من على بعد آلاف الكيلومترات . وقد يتوافر للقيادات العليا
من المعلومات عن مجريات المعركة أكثر مما لدى القادة الميدانيين» بفضل سيل المعلومات
التي تنقلها لهم أنظمة الاتصالات المختلفة. وتنقل أنظمة الاتصالات العسكرية الأوامر
العسكرية بين وحدات الجيش المختلفة» وبين القيادات العليا والقادة الميدانيين» وكذلك

¥

بين القادة والجنود. كما تجمع المعلومات عن وحدات shall‏ ومواقع تمركزه وتحركاته
العسكرية وأسلحته ومعداته» وعن طبيعة ساحة المعركة الجغرافية والمناخية . وبالرغم
من الدور الكبير لأنظمة الاتصالات في تسهيل العمليات العسكرية» Lp‏ قد تكون
سببا في هزيمة الجيوش » إن لم تؤخذ الاحتياطات المناسبة حين استخدامها . فالإشارات
اللاسلكية المنبعثة من أجهزة الاتصالات تنتشر فى كل الاتجاهات» متيحة الفرصة
للعدو لالتقاطها واستخدامها في تحديد مواقع هذه الأجهزة؛ فيعمل على تدميرهاء أو
التنصت عليهاء أو تحريفهاء أو التشويش عليهاء للحيلولة دون وصول المعلومات إلى
وجهتها. لهذاء coli‏ إلى جانب حرب النيران الظاهرة التي تدور رحاها بين الجنود.
توجد حرب إلكترونية صامتة تدور رحاها بين أجهزة الإرسال والاستقبال اللاسلكية
عند كلا الجانبين؛ وقد تكون نتيجة المعركة لصالح من يحسن إدارة هذه الحرب
الإلكترونية» التي تتلخص في مهمتين أساسيتين : أولاهماء منع العدو من الاستفادة
من الإشارات المنبعثة من الأجهزة والمعدات اللاسلكية» باستخدام طرق مختلفة لتشفير
المعلومات وتعديلها وتمويهها Le‏ يسمى الإجراءات الإلكترونية؛ وثانيهماء مراقبة
جميع الإشارات اللاسلكية المنبعثة من أجهزة العدو لتحديد مواقعها وتدميرهاء أو
التنصت عليهاء أو التشويش gle‏ لمنعه من الاستفادة منهاء أو حتى بث إشارات
مضللة مشابهة لها أو تبديل المعلومات با يسمى الإجراءات الإلكترونية المضادة .
تخضع أنظمة الاتصالات العسكرية عند تصنيعها لشروط قاسية» من حيث اختيار
نوعية ol dl‏ والأجهزة» لكي تعمل بموثوقية عالية تحت أقسى الظروف المناخية؛ وعليها
أن تتسم بخفة الكتلة» وصغر الحجم. والمتانة» وبقلة استهلاكها للطاقة» لكي تعمل
لفترات طويلة على البطاريات . أما الصفة الضرورية المميزة لهاء فهي قدرتها على نقل
المعلومات بين الوحدات المختلفة بأكبر درجات السرية والموثوقية؛ كي لا يتمكن العدو
من كشف المعلومات العسكرية وتشويشها وتبديلها: لذلك» فهي تستخدم» على
خلاف أنظمة الاتصالات المدنية » طرقا معقدة للتعديل والتعاقب والتشفير؛ كأنظمة
اتصالات الطيف الممتد» وتعاقب التقسيم المشفر. وقد تلجأ الجيوش إلى استخدام
الأنظمة السلكيةء كالأسلاك والكبول المحورية وكبول الألياف الضوثية»› لنقل

A

La.‏ منصور العبادي
المعلومات بين الأفراد والآليات ضمن مناطق جغرافية محدودة لتقليل إمكانية التنصت
والتشويش عليهاء لكن مقابل التأخير الناتج عن مدها وتقييدها لحركة مستخدميها؛
على عكس الأنظمة اللاسلكية» التي تعطي حرية كبيرة لتحرك الآليات والأفراد. ومع
انتشار أنظمة الأقمار الصناعية» بدأت هذه تنهض بدور بارز في تقديم شتى الخدمات
للأغراض العسكرية» JES‏ المعلومات العسكرية باستخدام هوائيات صغيرة تُنصب في
ساحة المعركة لتأمين الاتصال بين طرفين موجودين فى ساحة المعركة أو على بعد آلاف
الكيلومترات» وتحديد مواقع الأهداف بدقة لامتناهية باستخدام أقمار أنظمة تحديد
الموقع c‏ وتصوير المواقع والأهداف باستخدام أقمار الرصد والتجسس .

۸. أنظمة اتصالات أخرى

من الصعب حصر أوجه استخدام أنظمة الاتصالات؛ إذ cgi]‏ بسبب تدني كلفتها
وصغر حجمها وقلة استهلاكها للطاقة » بدأت تدخل في تطبيقات متعددة. فساعدت
على القيام بمهمات كان يصعب القيام بها من دونها؛ إلى جانب تقليلها للجهد والمال
والوقت والحيز اللازمة لأداء هذه المهمات. ففي الملاحة الجوية» تساعد أنظمة
الاتصالات أبراج المراقبة في المطارات على متابعة حركة الأعداد الضخمة من الطائرات
الداخلة في أجوائها؛ فترتب مواعيد إقلاعها وهبوطها بشكل دقيق» وتتابع حركتها بين
المحطات المختلفة ؛ ما قلل كثيرا من حوادث الطيران. وفي الملاحة البحرية» جنبت
أنظمة الاتصالات السفن التجارية وناقلات النفط الكثير من المشكلات والخسائر المادية
فى أثناء عبورها للبحار والمحيطات» وجنبت الموانى الكثير من الاختناقات
easi,‏ ون الست revel can Label ad‏ ديد موقم LAY‏
ينجز بدقة لامتناهية باستخدام نظام تحديد الموقع العالمي» الذي يحدد خط الطول وخط
العرض والارتفاع في أي مكان على سطح الكرة الأرضية» باستخدام YE‏ قمرا صناعيا
موضوعة في ستة مدارات أرضية متوسطة» تبث إشارات توقيتية بشكل منتظم إلى
الأو sas lec ts‏ يذو دا مو Si can Cales‏

£44

التأخير الزمني بين الإشارات المتلقاة. وقد استخدم هذا النظام في السفن والطائرات
والمركبات والآليات العسكرية» وحتى من الأشخاص؛ إذ لا تتجاوز كلفة بعض
أجهزة تحديد الموقع المئة دولار.

وفي رحلات استكشاف الفضاء» ساعدت أنظمة الاتصالات على إرسال مركبات
فضائية إلى القمر وكواكب المجموعة الشمسية؛ إذ تستخدم أنظمة الاتصالات لنقل
الأوامر من المحطات الأرضية إلى المركبات الفضائية للتحكم بمسارها ولنقل البيانات
والمعلومات التي تجمعها أجهزة الاستكشاف الفضائية» إلى المحطات الأرضية .
وتصميم أنظمة الاتصالات من أصعب المهمّات عند بناء المركبات الفضائيةء لبعد
المسافات بين المرسلات والمستقبلات التي تصل إلى ملايين الكيلومترات» ولمحدودية
الطاقة الكهربائية المتوافرة على ظهر المركبة» التي تولد باستخدام الخلايا الشمسية أو
المولدات الكهرحرارية . وبالرغم من كل هذه الصعوبات» فقد أرسل عدد كبير من
المركبات الفضائية إلى القمر وإلى كواكب المجموعة الشمسية كافة؟ وأرسلت معلومات
وصور عن أجوائها وطبيعة سطوحها وتربتها؛ ووضع عدد من الأقمار الصناعية
والمحطات الفضائية حول الأرض وهي تحمل مقاريب (تلسكويات) ضوئية وراديوية
وأجهزة رصد واستشعار» تلتقط كل ما يصدر عن أجرام الكون من إشعاعات .
فزودت العلماء بمعلومات قيمة عن الكون لم يكن بإمكانهم الحصول عليها من على
سطح الأرض ؛ OY‏ جو الأرض يمتص كثيرا من هذه الإشعاعات التي تحمل بصمات
تاريخ تطور الكون.

وفي أنظمة الأرصاد الجوية» بنيت شبكة من الأقمار الصناعية ومحطات الرصد
الأرضية موزعة على أنحاء الكرة الأرضية» تقوم بجمع كميات ضخمة من الصور
والبيانات عن الحالة الجوية في مختلف مناطق العالم» وترسلها إلى محطات الرصد
الجوي لتعالجها وتوزعها على الجهات المحنيةء لأخذ الاحتياطات اللازمة لمواجهة
الظروف الجوية» والتقليل من عواقب الكوارث الطبيعية وحوادث الطائرات والسفن
والقطارات والمركبات .

£i

أ. د. منصور العبادي

وفي المجال الطبي» تستخدم أنظمة الاتصالات في مراقبة حالات المرضى في
المستشفيات وفي البيوت وأماكن العمل من خلال أجهزة قياس محمولة ترسل قراءتها
بشكل متواصل لغرف الراقبة . وتستخدم كذلك فيما يسمى خدمة التطبب عن بعد؛
فيمكن للأطباء المختصين فحص المرضى من على بعد مئات أو آلاف الكيلومترات»
باستخدام أنظمة اتصالات سمعية ومرئية متقدمة؛ ما يجتب المرضى والأطباء عناء
السفر وتكاليفه. كما أصبح مكنا إجراء بعض العمليات الجراحية عن بعد باستخدام
الروابيط [جمع رابوط -[Robot‏

وفي أنظمة الحماية ضد السرقات والحرائق› تُستخدم أنظمة الاتصالات في JE‏
الإشارات الصادرة عن كمرات المراقبة وأجهزة الإنذار في المؤسسات والمتاجر والبيوت
إلى غرف المراقبة في المراكز الأمنية ومراكز الدفاع المدني ؛ ما قلل كثيرا من خسائرها
وكلفة حمايتها. وفي شركات الكهرباءء تستخدم أنظمة الاتصالات للمراقبة والتحكم
في الأجهزة والمعدات الموجودة فى مسحطات التوليد والتحويل ومحطات الربط
E‏ النقل . Lal pai,‏ في bladi ie i‏ الخ بما فيها عدادات المنازل»
ونقل القراءات إلى مراكز الحوسبة . وتستخدم هذه الأنظمة في ربط البنوك بفروعها
ومواقع الصراف الآلي؛ ما سهل على الزبائن إنجاز معاملاتهم المالية. وتساعد أنظمة
الاتصالات شرطة السير والدفاع المدني في رفع كفاءة عملها بتسهيل الاتصال بين
مراكزها ودورياتهاء وفي بناء أنظمة مراقبة وتحكم وإنذار متطورة. وفي أنظمة
التجسس» تُستخدم هذه الأنظمة لجمع شتى أنواع المعلومات السرية عن الأفراد
والأحزاب والهيئات والحكومات والمصانع والجيوش» من خلال أجهزة تنصت ومراقبة
تتكون من ميكرفونات وكمرات ومستشعرات ومرسلات» يكون بعضها من الصغر
بحيث يكن إخفاؤها في ساعة أو قلم أو هاتف . وتستخدم الدول الكبرى الأقمار
الصناعية في التجسس على كثير من الدول» بالتقاط إشارات المعلومات التي تبثها
أجهزة اتصالاتها المختلفة؛ العسكرية منها والمدئية.

PAR

الخلاصة

وفرت تكنولوجيات الاتصالات والمعلومات للإنسان أكثر ما كانت تراوده أحلامه .
فبمقدوره اليوم أن يتصل بن يشاء على سطح هذه الأرض بواسطة هاتف صغير يحمله
في جييه ؟ وأن يتابع بالصوت والصورة ما يقع من أحداث في العالم بواسطة معدات
زهيدة الثمن» يستقبل بها آلاف المحطات التلفزيونية التي تبثها الأقمار الصناعية؛ وأن
يتصفح بالحاسوب ما يريد من معلومات مخزنة في عدد لا يحصى من المواقع المبعثرة
في جميع أنحاء العالم ؛ وأن يحادث من يشاء بالصوت والصورة من خلال الهاتف
الفيديوي . لقد أصبحت وسائل الاتصالات ومصادر المعلومات من الكثرة؛ بحيث
يحار المرء في كيفية توفير الوقت اللازم للتعامل مع هذا الكم الهائل من المعلومات
المتوافرة بين يديه .

إن كلفة استخدام شبكات المعلومات أخذة بالانخفاض بشكل كبير» بسبب القدرة
الهائلة للألياف الضوئية على نقل المعلومات . وسيؤدي هذا الانخفاض إلى انتشار
«خدمات عن بعد كثيرة كانت تحول دون تنفيذها الكلفة العالية لقنوات الاتصال؛
كخدمة التعلم والتعليم» والتطبب» والعمل» وإنجاز المعاملات» وحتى السياحة .

لقد حلت الألياف الضوئية إلى حد كبير مشكلة عرض النطاق اللازم لنقل كميات
كبيرة من المعلومات؛ فأصبح بالإمكان نقل ما يعادل مليون مكالمة هاتفية من المعلومات
في اللحظة نفسها على ليف زجاجي بحجم شعرة الإنسان . وسيرتفع هذا الرقم أضعافا
مضاعفة» بسبب التطور المستمر في تكنولوجيات تعاقب التقسيم الموجي والمضخمات
الضوئية. وحلت تكنولوجيات الإلكترونيات الدقيقة والمعالجات الدقيقة مشكلة تصنيع
أجهزة ومعدات ذات قدرات جبارة» وبأحجام غاية في الصغرء ولا تستهلك إلا جزءا
ضئيلا من الطاقة . وكان ذلك بتصنيع ملايين الترانزستورات على شرائح صغيرة من
أشباه الموصلات ؛ بحيث وصلت الأبعاد التي يحتلها الترانزستور على الشريحة إلى
بضعة أجزاء من مليون جزء من المتر. وهذه الأبعاد قريبة من الحد الأدنى الذي يكن
الوصول إليه بتكنولو جيا التصنيع الحالية؛ ما يعني أنه لن يكون هنالك مزيد من التصغير
في حجوم الأجهزة والمعدات الإلكترونية في الأعوام المقبلة» إلا إذا طورت طرق

tY

أ.د. منصور العبادي
جديدة شبيهة بالطرق التي تعالج بها المعلومات في العقل البشري وتخزين المعلومات
الوراثية في الخلايا الحية» واستخدام الضوء بدل الكهرباء في معالجة المعلومات.
وستشهد الأعوام القادمة المزيد من التطورات في تكنولوجيا الإلكترونيات AS pall‏
التي ستحل محل الإلكترونيات الاعتيادية في ely‏ أنظمة الاتصالات والمعلومات؛ إذ
إنها تستخدم الضوء بدل الكهرباء في نقل إشارات المعلومات ومعالجتها وتخزينها؛ ما
سيرفع كثيرا من سرعة معالجة المعلومات ويزيد من السعة التخزينية لمعدات التخزين»
كما هو الحال في الأقراص الضوئية . وبرفع كفاءة LAHI‏ الشمسية» سيمكن زيادة عدد
المستجيبات على الأقمار الصناعية» وسيحصل مزيد من التقليص في حجوم هوائيات
الاستقبال الأرضية . ومع تطوير تكنولوجيات جديدة لإظهار الصور على الشاشات»
مثل تكنولوجيا العارضات البلورية السائلة بدل أنبوب الأشعة المهبطية» سيحصل مزيد
من التقليص في الحيز الذي تحتله شاشات التلفزيونات والحواسيب . وسيساعد ذلك
في انتشار الهواتف القيديوية والتلفزيونات المحمولة. ومع تحسين استغلال قدرات
التكنولوجيا الرقمية» ستزيد كمية المعلومات التي يمكن نقلها أو تخزينها من خلال
شبكات المعلومات» وستنتشر كثير من التطبيقات التي كانت تحتاج إلى عرض نطاق
واسع على قنوات الاتصال» كالتلفزيون الرقمي العالي الوضوح والتلفزيون FHS‏
الأبعاد.

£w

المراجع

التقانات اللاسلكية ‏ تقرير cele‏ مجلة ce all‏ المجلد ٤٠ء‏ العدد ١١ء ENARA‏ مؤسسة

¢ YOAV cÉ العدد‎ (Y المجلد‎ cg lai المواد للمعلومات والاتصالات (ج س مايو)» مجلة‎ i

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي .

. ثورة المعلومات (مقال مترجم)» GUT‏ علمية› آذار - نیسان VIAT‏ $ مؤسسة عبدالحميد شومان.
. ثورة التلفزيون الرقمي (مقال مترجم)» GUT‏ علمية؛ أيار- حزيران ۱۹۸۹ء مؤسسة عبدالحميد

شومان.

. أنظمة الاتصالات الضوئية» منصور العبادي» GUT‏ علمية› كانون الثانى ‏ شباط VAAN‏ مؤسسة

عبدالحمید شومان.

6.Telecommunications Primer, Graham Langley, jue Edition, 1986, Pitman.

zx

7.Telecommunications Engineering, J. Dunlop and D. G. Smith, 2 Edition, 1989, Van

Nostrand-Reinhold .

8. Telecommunications System Engineering, R.L. Freeman, 15 Edition, 1980, Wiley.

9. Telecommunications history timeline, www.webbconsult.com.

Ert

الفصل الثامن
العلوم الطبية

أ.د.وليد المعاني

العللوومالطبئية

الأستاذ الدكتوروليد المعاني

»
- -

مقدمة

حين عهد GI]‏ الأخ والصديق eu e RE‏ قدت
بالكتابة عن هذا الموضوع ولت ذلك شاكرًا E‏ - أدركث
مدى المسؤولية والعبء الذي ألقاء على كاهلي؛ ليس لسعة
الموضوع وتعقيده وصعوبة الإلمام به Canam‏ وإنما أيضًا لإدراكي
أن الكتابة فيه لفائدة القرّاء من مختلف المشارب والمستويات
الثقافية والعلمية تقتضي Kiga‏ كبيراء لوضعه بالصيغة المبسطة
تبسیطا غير foe‏ وبالمستوى الذي يسهّل الفهم ومن 85 يعظم
الفائدة.

إن بيان الإنجازات في مجال العلوم الطبية في القرن العشرين
والتتحدث عنها واحدًا واحذا a‏ 5 يقتضي أكثر من عدد
الصفحات التي حددت لي؛ ومن ثم كان من الضروري إيجاد
سبيلٍ للتحدّث Leiga Leie‏ إغفالٍ og AU‏ منها بصورة أكثر
فيلا من مجر jal calcat!‏ الشرح المتخصص الذي
يؤدي إلى الملل.

Liv

آ#آ# ‏ | |( سب اام سس

لقد تمكن الإنسان على مدى المئة سنة الماضية daas‏ من تطوير الوسائل الكفيلة
بمحارية الأمراض بصورة فعالة؛ وذلك عن طريق تطوير مفهوم التطعيم للوقاية من
المرض. واستنياط أدوية جديدة: وتطبيق أساليب تشخيصية ة وأدواتٍ abe‏ فعالة.

لم يكن معدل عمر الإنسان في مطلع القرن العشرين يتجاوز £0 سنة في الدول
الصناعية؛ غير أنه ارتفع ليبلغ VO‏ سنة في نهاية القرن . ولم يكنّ هذا ممكنا لولا
الجهد الذي dii‏ في ضهم ماهية المرض: ووضع السياسات الكفيلة بمحاريته,
وتخصيص الأموال اللازمة للبحت العلمي في مجال الصحة. لقد رصدت الدول
مبالغ مالية ضخمة لمجال الرعاية الصحيّة. وانخرطت أعداد أكبر من العاملين فى
تحقيق مبدأ الصحة المتكاملة للإنسان.

aai ouais‏ الرعاية الصحية, فإن تقرير منظمة الصّحّة العالميّة لعام ٠٠١5‏ عن
الواقع الصحي العالمي يذكر أنّ دولة كالولايات المتحدة ME‏ تنفق مبلغ ٠٠٠١‏
بليون (أي تريليون) دولار على Sall‏ سنويّمًا بمتوسّط ٠٠٠١‏ دولار للشخص
الواحد . ويشيرٌ التقرير إلى أن فيها ما يقرب من * VY‏ ألف طبيب وطبيبةء Y Vo‏
مليون ممرّض وممرّضة. GI Cory‏ من أطبّاء وطبيبات الأسنان. als‏ من الإنصاف
اة ين الإفاق على SOR‏ في digs off‏ على Wipe‏ ج PEL L glia cya‏
الإجمالي. غفي الولايات المتحدة الأمريكيّة, بلغت تلك النسبة ANY, X‏ في حين
بلغت في المملكة الأردنية الهاشمية ZAA‏ طبقًا لتقرير منظمة الصحة العالمية لعام
Y‏ وتجدر الإشارة إلى أن الأردن يأتي في المركز الأول على المستوى العربي في
هذا الشأن.

لا يمكن للرّعاية الصّحيّة أن تنجح وتتقدّم من دون توافر كوادر لإدامتهاء ومراكز
لتقديمهاء وكليات صحيّة وطبيّة لتخريج اللتخصصين فيهاء ومراكز بحث لاختراع
الأجهزة وصناعة الدواء. ولضرب مثال على ذلك يوجد في الولايات المتحمدة
الأمريكيّة 3 ٠‏ كلية للطب. وتبلغ نسبة الأطباء إلى عدد السكان فيها + Y,‏ لکل
IREZ‏ نسمة. Lal‏ في الوطن العربيء فلا يتجاوز عدد كليّات الطب ۳ كليّة؛ وتبلغ
نسبة الأطباء إلى aae‏ السكان فيه ٠,۸‏ لكل ٠٠٠١‏ نسمة؛ Gly Vole‏ النسبة الأخيرة
في الأردن هي في حدود ۲ لكل ٠٠٠١‏ نسمة.

LYA

— M M —— — — À—

تبلغ كلفة استنباط elga‏ جديد Le‏ يقرب من YA‏ مليون دولار. وقد أنفقت
شركات الأدوية TI‏ بليون دولار عام ٠٠٠١‏ على استنباط أدوية جديدة . ومن المثير
of ase‏ المبالغ المخصصة لاستنباط dicas‏ علاجيّة لكثير من الأمراض ASLAN‏
كا ملاريا Duty‏ (التدرّن الرئوي)» هي قليلة Sys‏ مقارنة بالأدوية المستنبطة
Ls‏ الأمراض الأخرى؛ الأمر الذي RTA Ne dad‏ في منظمة الصّحة AALS‏

لقد رأيت أن أتحدث عن مجالات في العلوم الطبيّة والصحيّة جرى فيها تقدم

هائلء أدى إلى تحسين كبير في المجال الصحيّ للإنسان» وأن a Denn asl‏
تحققت في US‏ مجال daa‏ يتستى للقارئ Gb of‏ على الموضوع i‏ أو ‘iad‏
قراءتة على مجال محدد . واجتهدت في تقسيم المجالات على re,‏ الآتي:

أ الأمراض المعدية والالتهابات؛ l‏

ب علم الأشعة والتصوير الطبي؛

ت ‏ نقل الأعضاء والأنسجة وزراعتها؛

SI -‏ الصتم والتغذية والتمثيل الغذائي؛
ج ‏ الحَمْل والإنجاب وصحَة العائلة؛
ح ‏ المترطان وعلاجه؛

خ ‏ أمراض القلب؛
د - الجراحة وشُروعُها ؛

ذ Aall‏ النفسية؛
الوراثة والتكنولوجيا الحيويّة.
نويل في الطب خلال القرن الماضي واكتشافاتهم واختراعاتهم؛ ما يكمل الصورة؛
dies‏ من df ol‏ فيدر ial S‏

w

LENS
والله الموفق‎

۹

أ.د. وليد المعاني

الأمراض المعدية والالتهابات

كانت الأمراض المعدية والالتهابات -وما زالت-تقتل ملايين الناس . فكم من
أقوام وقبائل وأجناس قضى عيها مرض فتاك واحد! تغير الأمر في بداية القرن
العشرين ؛ حين SE‏ الطبيب الألماني JU‏ إيرليخ Paul Ehrlich‏ عام ١1٠١‏ من إثبات
ol‏ ا یسات "xr‏ أرسفينامين Ales Arsphenamine‏ خصائص تجعل من
الممكن أن يُستخدم لعلاج مرض الزّهري (السفلس (Syphilis‏ . وفتح بذلك الفضاء
لاستعمال مواد كيميائيّة محدّدة فيما يعرف iL tall‏ الكيميائيّة Chemotherapy‏ لعلاج

cib‏ الأمراض البكتيرية تفتك بالملايين من البشر . وانتظر التاس إلى بدايات العقّد
الثالث من القرن العشرين ليكتشف علماءً فرنسيون وألمان أن العقّار المسمى سلفوناميد
Sulphonamide‏ له قابلية لعلاج الأمراض التي تسببها البكتيريا العنقودية. ونتج عن
ذلك المدء باستخدام SLAM‏ ا لحيو ى سلفوناميد» الذى عد دواء أعجوبة وأنقذ الآلاف

e je.‏ يوي 2 ي عجوب

من الجرحى في ا حروب التي ud‏

)1916-18614( ill باؤل‎

A4

of‏ عالم oe NI‏ الاسكتلندي أليكساندر فليمنغ Alexander Fleming‏ في عام
٨۸‏ من من أن يفصل SS a‏ كيميائيمًا من عفن الخبز udi‏ ينيسيليم نوتم
«Penicillium notatum‏ أطلق عليه اسم ينيسلين Penicillin‏ . إلا أن البشرية انتظرت
pte‏ سنوات cm‏ أي حتى عام VAYA‏ > ليقوم العا مان الكيميائيان هوارد فلوري
Howard Florey‏ وزميله إرنست تشين ii: Ernest Chain‏ المركب ليصبح في صورة
قابلة للاستعمال. Lasy‏ ل الثلاثة Rei‏ جهودهم على جائزة نوبل في علم وظائف
الأعضاء ء عام 1۹٤١‏ . واستعمل هذا الدواء بصورة JU‏ في الحرب العالمية الثانية»
وساهم في إنقاذ GY!‏ الجر حى .

بارون هوارد قلوري {AATA = VASA)‏ سير إرنست تشين (VAVA = V)‏ سير اليكساتدر فليمنغ
(1881- 1400(. حصلوا على جائزة توبل في الطب عام 19442.

كان a gi‏ يعد ذلك هو مرض «Tuberculosis d‏ الذي OLS‏ مستفحلاً بين |
الطبقات الفقيرة التي كانت تعيش أوضاعا بيثية صعبة . كان العالم الامريكي شمان
واكسمان Selman Waxman‏ يعمل منذ مدة طويلة في جامعة روتغرز Rutgers‏
الأمريكية لإنتاج دواء Ss‏ لهذا امرض . . وجح في clone‏ عام ٤٤۱۹ء‏ وسمى الدواء
الذي توصل إلى إنتاجه سترييتومايسين Streptomycin‏ : وكان هذا العالم هو الذي
أطلق لأو ل مرة اسم المضادات الحيوية Antibiotics‏ على مثل ذلك الدواء. لقد
وظفت الأموال التي Ce‏ من هذا المضاد الحيوي في إنشاء أكاديية كبرى لعلم الجراثيم
بولاية نيوجيرسي الأمريكيّة في حرم الجامعة نفسها. ونال واكسمان جائزة نوبل في
الطب عام ۱۹٥۲‏ .

£YY

أ. د. وليد المعاني

سلمان واكسمان TAM)‏ — ۱۹۷۳) . حصل على جائزة نويل في الطب عام MOT‏

تتالى بعد ذلك - وبتسارع ‏ اكتشاف كثير من الضادات الحيوية وإنتاجها. وكان كل
دواء جديد أقوى وأكثر فعالية من سابقه . ولهذه الأدوية يعزى الفضل في بقاء ملايين
الناس على قيد الحياة. وما كان لهذه الأدوية وحدها أن تحمي البشرية لولا إدراك
العلماء القاعدة الذهبيّة التي تنص على أن الوقاية خير من العلاج . ومن ثم فإن الكثير
من الجهد Coal‏ على اكتشاف ما صار يعرف GY‏ بالمطاعيم ضد الأمراض؛ وذلك
بعد أن فهم العلماء ء كيفية تفال الجسم مع الأمراض» ومبدأً الأجسام الضادة التي
يكونها الجسم لمحاربة مرض معين . . صاحب ذلك إجراء تحاليل كيميائية لاكتشاف
الأمراض t‏ مثل تحليل واسرمان Wasserman‏ لمرض الزهري عام 1 ٠‏ وتحليل
التيوبركيولين Tuberculin‏ لمرض Ll‏ عام ٠۸‏ 4 . وتبع ذلك التوصل إلى وسائل
للكشف على القيروسات عام ١۱۹۳ء‏ نتج عنها اكتشاف مطاعيم لمرض الحمى
الصّفراء Yellow fever‏ عام ۱۹۳۰ وأول مطعوم لمرض الإنفلونز! Influenza‏ عام
ELES‏

كان هنالك مرض ما انفك يقتل عشرات الآلاف من البشرء ويترك أخرين مصابين
بعاهات جسدية جسيمة . وكان يحتاج إلى oo‏ يهتدي إلى الحل . وأعني بذلك مرض
شلل الأطفال» الذي كان يخلف الناس بلا حول ولا قوة لمقاومته . وجاء الفرج حين
جح كل من العالمين جوناس سالك Jonas Salk‏ وألبرت سابين Albert Sabin‏ في
اكتشاف مطعوم تشلل الأطفال Poliomyelitis‏ عام ٤١1۹ء‏ استعمل على نطاق واسع

LY

منذ ذلك الحين . وتكن كثير من الدول ‏ ومنها الأردن_ من التغلّب على المرض؛
بحيث لم تسجل فيها حالات جديدة منذ سنوات . وعلى الرغم من هذا SLAY‏
العظيم» فلم يحصل أي من العالمين المذكورين على جائزة نوبل ؛ غير Vel‏ حصلا على
جوائز أخرى كثيرة. وقد خلّدتهما الولايات المتحدة ة الأمريكية بإصدار طوابع بريدية
تحمل صورتيهما.

لقد اكتشفت منذ تلك الأيام فيروسات جديدة تسبب La al‏ قاتلة؛ منها
الفيروسات المسببة لحمى الإيبولا cTbula‏ وتلك المسببة لمرض نقص المناعة
المكتسب AIDS‏ في العقد الثامن من القرن العشرين . وما زال العلماء يسعون إلى
اكتشاف الأدوية المناسبة لشفائها . وتجدر الإشارة إلى أنه اكتشفت أدوية تُخفف من آثار

هذه الأمراض ;

00

أ.د.وليد المعانى

علم الأشعة والتصوير الطبى

أدى اكتشاف العالم الألماني رونتغن Röntgen‏ مبدأ التصوير بالأشعة السينية في
نهاية القرن التاسع عشر إلى حدوث ثورة في التشخيص . فقد أصبح الطبيب قادرا على
رؤية ما بداخل الجسم؛ إذ شاهد العظام SIY‏ مرة» ورأى القلب cost dio‏ وأصبح
قادرا على التمييز بين العضو السليم والعضو المصاب .

في عام ۱۹۲۷ » كان طبيب الأعصاب البرتغالي إيغاس مونيز Egas Monez‏ يعمل
في جامعة لشبونة . وكان قد عمل قبل ذلك عضو ة في البرلمان» P3555‏ لخارجية
البرتغال. أجرى مونيز تجارب بطريقة جديدة للتمكن من رؤية الشرايين والأوردة» عن
طريق حقنها بمادة ظليلة» ثم تصويرها بالأشعة السينية. ونجح في ذلك؛ وأصبح
تصوير الشرايين Angiography‏ 5( أساسيا من العملية التشخيصية . كان هذا ينجر
عن طريق إدخال إبرة داخل الشريان أو الوريد. وبقي الأمر كذلك حتى عام 41987
حين جاء العالم السويدي سقن سيلدنغر Sven Seldinger‏ واستعمل لأول مرة أنبوبة
قسطرة تُدخل إلى الجسم BLS,‏ فيه » لتصل إلى أي جزء منه يراد حقنه بالمواد الظليلة .
وهي الطريقة التي لا تزال مستخدمة حتى اليوم . 1

Karl الحرب العالمية الثانية» حاول طبيب نمساوي يدعى كارل دوسيك‎ OU]
Me db gd 5 استخدام موجات صوتية » بترددات‎ Dussik
ومنذ ذلك الحين» أ صبح التصوير‎ . ١1447 موضع ورم دماغي ؛ ونجح في ذلك عام‎
. إحدى الوسائل المستخدمة يوميا في التشخيص‎ Ultrasound بالموجات فوق الصوتية‎
فلا تخلو عيادة طبيب لأمراض النساء من جهاز لإثبات الحمل؛ كما استتخدمت تلك‎
لتحديد جنس الجنين . واستعملت أجهزة التصوير بال موجات فوق الصوتية‎ Cio d التقنية‎
في تشخيص أمراض الأجنة داخل الأرحام» وتحديد أماكن وجود الأورام والخصى‎
طورت أجهزة من هذا النوع يمكن استخدامها داخل‎ cs داخل الجسم . من ناحية‎
والأورام‎ «Stones والحصى‎ «Cysts غرف العمليات» لتحديد مواقع الكييسات المائية‎
كثير من الأعضاء الداخلية. ويحبذ الأطباء استخدام ال موجات فوق‎ o «Tumors

£Yo

مخترعو تصوير الشرايين والتصوير بالموجات فوق الصونية والقساطر الشريانية:

إيغاس مونيز AAYE)‏ - 1400( ؛ كارل دوسيك (۱۹۰۸ (VATA‏ ؛ سقن سيلدتقر NAVA)‏ ۔ (NABA‏

في ضاحية ويبلدون بمدينة لندن مستشفى لجراحة الأعصاب يدعى مستشفى
أتكنسون مورلي LAREDO Morley’s Hospital‏ كان لي شرف العمل فيه خمس
سنوات. وكان رئيس قسم الأشعة من جنوب أفريقياء ويدعى جيمس أمبروز
‘James Ambrose‏ وهو من أنبل من عرفت . وكان يبحث مع مهندس بريطاني اسمه
غودفري هاونسفيلد «Godfrey Hounsfield‏ يعمل في شركة N۴1‏ المتخصصة في
صناعة الموسيقى بمدينة هيز في بريطانياء في مبدأ جديد للتصوير الطبي يعتمد على
أعداد كبيرة من صور الأشعة (الثنائية الأبعاد)» مأخوذة حول محور لتشكيل صورة
ثلاثية الأبعاد لجسم الإنسان من الداخل . ونجحافي ذلك عام NAVY‏ وصور أول
مريض في العالم بهذه الطريقة في مستشفى أتكنسون مورلي في العام ذاته. سميت
الطريقة الجديدة ECAT SCAN >Y EMI SCAN‏ وبعد ذلك» اختصر الاسم إلى
7 . وبالعربية» سميت تلك الطريقة التصوير الطبقي. وقد استعملت الشركة
الأرباح» التي حصلت عليها من بيع أسطوانات فرقة البيتلز (الخنافس) Beatles‏ الذائعة
الصيت» في تمويل البحث في هذا الموضوع .

وكان هنالك طبيب أمريكي يجري دراسات بالطريقة نفسها في جامعة تافتس
cited OLY Ju‏ هو ألان كورماك Alan Cormack‏ . وقد en‏ لهاونسفيلد
وكورماك جائزة نوبل في الطب عام ۱۹۷۹ ؛ واستثني أمبروز من ا لجائزة!

£YA

أ.د. وليد المعاني
٠ 7, .‏ 5 . ا e‏
وفي آيامنا هذه لا يخلو مستشفى حديث في العالم من جهاز أو جهازين للتصوير
a‏ لان لصو اطي رجدو وني وساعد في

مخترعا جهاز التصوير الطبقي: سير غودفري هاوتسقيلد )3414 2 o(¥ ert‏

و الان كورماك VATE)‏ - ۱۹۹۸)۔ حصلا على جائزة توبل في الطب عام 1915 .

طور يول لوتر بير Paul Lauterbur‏ من جامعة إلينوي في إيربانا ‏ شامبين بالولايات
المتحدة الأمر يكية» وسير يبتر مانسفيلد «Sir Peter Mansfield‏ من جامعة نوتنغهام
في Lilly»‏ مبدأ استخدام مجال مغناطيسي ونبضات من طاقة موجات الراديوء
لإنتتاج صور لأعضاء الجسم من الداخل. والحصول على معلومات لا يمكن الحصول
عليها عن طريق الأشعة السينية» أو الموجات فوق الصوتية» أو حتى باستخدام التصوير
الطبقي . ونتج عن بحوث هذين العالمين تطوير طريقة التصوير بالرنين المغناطيسي
«MRI‏ التي يشيع استخدامها اليوم في تشخيص الأمراض . والجدير ذكره Ol‏ هذا المبدأ
كان معروقًا منذ عام (VÀO Y‏ واستخدم في كثير من الدراسات الجيولوجية الخاصة
بالصخور. وكان يعرف بالرنين النووي NMR bball‏ واكتشفه فى age‏ العالمان

¿YY

الفيزيائيان فيليكس بلوخ وإدوارد بيرسل. وحصلا مقابل ذلك على جائزة نوبل عام
۲ . تاس «قوة» الأجهزة التي تعمل بهذا المبدأ بوحدة تسلا Ley stesla‏ ثمة
أجهزة من هذا النوع بقوة Y‏ تسلا . وتوجد هذه الأجهزة في معظم مستشفيات العالم»
ولاغنى لأي طبيب عنها. وقد حصل العالمان لوتربير ومانسفيلد على جائزة نوبل في
الطب عام ۲٠٠۴‏ . وبعد منح الجائزة» احتج العالم پول داماديان «Paul Damadian‏
من جامعة أبردين في اسكتلندا/ بريطانياء بأنه صاحب الفكرة» وأنه صنع Whe um‏
في وقت سابق» وصور أول مريض بهذه الطريقة في / [V‏ ۱۹۷۷ . إلا أن مؤسسة
نوبل في كارولينسكا بالسويد لم تعر احتجاجاته أي اهتمام . ومن الطريف أن الجهاز
الذي استخدمه داماديان محفوظ بواشنطن العاصمة في متحف سمشسونيان

. Smithsonian Museum

مخترعا جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي: سير بيتر مانسفيلد (m MY)‏

ويول لوتربير )1814 2 Lele. (Yi V‏ جائزة نويل عام Yet‏ .

في عام NAMA‏ وافقت إدارة الغذاء والدواء الأمريكية على البدء باستخدام جهاز
للتشخيص e‏ يعتمد مبدأ دراسة وظائف أعضاء الجسم عن طريق حقن نظائر مشعة
قصيرة العمر € بعد جعلها oe‏ مع مادة قابلة للتمثيل الغذائي في الجسم (أحد مركبات
الغلوكوز المسمى فلورو دي أوكسي غلوكوز (EDG‏ وتحديد مدى استخدام العضو

EYA

أ.د. وليد المعاني

المراد فحصه لهذه المادة عن طريق حساب كمية البوزترونات المتبعقة من تحلل النظير
FOSC‏ وسمي الجهازٌ جهار البوزترونات المنبعثة PET‏ وفي عام quo 23٠٠١‏ هذا
الجهاز مع جهاز التصوير الطبقي لإنتاج جهاز جديد» عدته مجلة Time gli‏ الأمريكية
أحد أهم ثلاثة اختراعات في عام Jl gee . ۲٠٠١‏ جهار البوزترونات المنبعثة
والتصوير الطبقي '1-581©. و يعزى فضل البحث في المبدأ الذي يقوم عليه هذا
الجهاز للعالمين ديقيد كول David Kuhl‏ وروي إدواردز Roy Edwards‏ عام ۱49۲
في جامعة ينسلقانيا. لكن الأجهزة طورت لتصبح بصورتها الحالية في جامعة
واشنطن c‏ على أيدي العالمين ميشيل تيريو غاسيان Michel Terpogassian‏ وميشيل
فلن «Michel Phelps‏ في نهايات القرن العشرين .

EYA

نقل الأعضاء والأنسجة وزراعتها

رف هذا ابد ف بدايات القرن rote‏ الحين cack old‏ الغيرة ea solo‏ بعل
قرنية من شخص Bye‏ بنجاح طفيف . وحدث تطور كبير في هذا المضمار بعد الحرب
العالية الثائية نتيجة للتقدم في صناعة الخيوط المراحية الدقيقة . وأصبحت عمليات JE‏
الأعضاء تُُجرى روتينيًا في جميع أنحاء العالم .

أجريت أول عملية ناجحة لنقل LIS‏ من متبرّع حي إلى آخر عام ١904‏ في
مستشفى پیتر بنت بريغام؛ المعروف الآن بمستشفى بريغام «Brigham‏ في مدينة
بوسطن الأمريكية بكيّة . وأجرى العملية الدكتور جوزيف € «Joseph Murray‏ الذي
قل lia A le gall ca atu acl E za ad s) ye LISI‏ عد Ju. ills‏
الدكتور مري جائزة نوبل في الطب عام ۰ » مع الدكتور دونال ثوماس Donnall‏
5 من مدينة نيويورك الأمريكيّة» الذي eG‏ بأول عملية ناجحة لنقل النخاع
العظمى إلى مريض بابيضاض الدم» المعروف باللوكيمياء من أحد أقربائه .

أول من أجرى عملية ناجحة لنقل كلية من متيرع حي؛ جوزيف مري )4 7 )»

ودوتال ثوماس (۱۹۲۰- ) Lato.‏ جائزة توبل عام +199.

iy:

أ.د. وليد المعاني

لم يكن من الممكن إجراء مثل هذه العمليات من دون وجود دواء يمنع رفض الجسم
المستقبل للمادة العضوية المنقولة أو المزروعة. وكان لاكتشاف الدواء المسمى إميوران
Imuran‏ الفضل الأكبر في التغلّب على هذه المشكلة . A025)‏ هذا الدواء عام ١957‏
بفضل غير ترود إليون «Gertrude Elion‏ وجورج هتشنغز «George Hitchings‏ وسير
جيمس بلاك «Sir James Black‏ الّذين نالوا جائزة نوبل على هذا HAY‏ عام ۱۹۸۸ .

مطورو دواء إميوران : غيرترود MM) Qe]‏ — ۱۹۹۹)ء وجورج هتشنغز (NAMA NAYS)‏
وسير جيمس SAYS) 5b‏ =(“

في عام ١١۱۹ء‏ نقل الدكتور هامبرغر في الولايات المتحدة كلية فتاة متوقّاة إلى فتاة
أخرى عاشت ۲۲ ay‏ بعد عملية النقل . وانتظر العالم حتى عام 1977 ليتحقّق بنجاح
نقل AIS‏ مصحوب بديومة عمل الكلية المنقولة . وأجريت العملية في مستشفى يبتر
بنت بريغام في مدينة بوسطن الأمريكية .

أجرى الدكتور ثوماس ستارزل» من جامعة كولورادو في مدينة دينشر الأمريكية عام
17 » أوّل عملية ناجحة لزراعة الكبد. وعمل الكبد المنقول بفعالية مدّة ١‏ شهرًا.

في ليلة CARY AY /Y‏ لم يكن ثلاثة أشخاص في جنوب أفريقيا يعلمون أنْهم
سيصبحون مشاهير بين ليلة وضحاها. في ذلك اليوم؛ قام الطبيب جرح القلب

ty}

كريستيان بارنارد «Christiaan Barnard‏ مع فريق من ثلاثين Cases‏ بزراعة قلب
فتاة PË‏ ديئيس cs «Denise Darvall JU jls‏ في اليوم السابق بحادث سير في
مدينة كيب تاون» في جسم المريض لويس واشكانسكي JUI Louis Washkanski‏
الذي كان الأطباء قد قالوا إنه لن يعمر طويلاً نتيجة dhe‏ في قلبه . استغرقت العملية 4
ساعات» ونجحت من الناحية التقنية . لكن المريض توفي بعد VA‏ يومًا Jab‏ التهاب
رئوي نجم عن أدوية منع رفض الأنسجة المنقولة» الضرورية في عمليات زراعة
الأعضاء .

لم Ze‏ اليأس الدكتور بارنارد لهذه الوفاة؛ وواصل عملياته مُحررا نتائج أفضل .
فبقي المريض فيليب بلايبرغ Philip Bliaberg‏ > مدة VA‏ شهر] بعد نقل قلب إليه .
وعاشت السيدة دوروثي شر Y £ Dorothy Fisher‏ سنة بعد إجراء بارنارد عملية نقل
قلب لها عام EA‏ وهي أطول من عاش من المرضى الذين أجريت لهم مثل تلك
العمليات . وكان السبب في ذلك اكتشاف الدواء الذي يمنع رفض الأعضاءء وشو دواء
سایکلو سپو رین «Cyclosporin‏ الذي اكتشف عام AAYY‏ ولم يزل مستخدمًا حتى
الآن. حاول الدكتور بارنارد زرع قلوب حيوانات في آدميين؛ لکنه فشل . وسبب له
ذلك نقدًا شديدًا من الأوساط العلمية والدينية على حد سواء .

"M

E, r, eu

(MV - 43 Y) لويس واشكانسكي‎ (Yee) NAVY) كريستيان بارتارد‎

ومن إنجازات الدكتور بارنارد الأخرى زرعه أول xS‏ في جنوب أفريقيا ple‏

try

آ. د . وليد NET‏

4 . لكن شرف زراعة الكلية الأولى في العالم يعود للولايات المتحدة الأمريكية
عام 19481 .

واليوم تجرى عمليات نقل الأعضاء وزراعتها معدل At‏ عملية لكل مليون من
السكان في الولايات المتحدة الأمريكيّة؛ وفيها يُجرى ملا عدد العمليات التي تُجرى
في غيرها من بلدان العالم مجتمعة (عام١٠٠7). lal‏ هذه العمليات للكُلى» تليها
عمليات الكبد» ثم عمليات القلب . وتبلغ كلفة العملية الواحدة من هذه العمليات
nnn‏ دولار» و۰۹۹ ۲٥٩,‏ دولار» و CV go 460,٠٠٠‏ على التوالى» فى
Lg Sd sa p ial OLY gl‏ | رخص من US‏ كير وى aeta‏ أخرئ من SL‏
ويناهز عدد الأشخاص الذين ينتظرون عمليات زراعة الأعضاء في العالم ٠١‏ ملايين

TUE‏ أجريت أول عملية لزراعة كُلية عام ۱۹۷١‏ في المستشفى العسكري
بماركا. وأجريت أول عملية زراعة قلب عام ۱۹۸١‏ في مدينة الحسين الطبية . أجراهما
الدكتور داود حنانيا . وكان الأردن سادس دولة في العالم تجرى فيها عملية لزراعة
قلب . وبعد إجراء عشر عمليات من هذا النوع » توقف البرنامج لسبب غير معروف .

أجريت أول زراعة ناجحة للنخاع العظمي في مريض غير مُصاب بالسرطان عام
ue CASA‏ يدي الدكتور روبرت غود. وكانت أول زراعة ناجحة لنخاع عظمي من
متبرّع غير ذي صلة قرابة با مريض عام e NAVY‏ في مستشفى سلون كيتيرنغ بمدينة
نيويورڭ .

JU‏ قلب صناعي موقت فقد زرعه الدكتور دنتون كولي عام ١959‏ في
تكساس بالولايات المتحدة في جسم مريض» انتظارا لزراعة قلب دائم .

وأجريت أول زراعة ناجحة لقلب ورئة في جامعة مينيسوتا عام c VIAN‏ على يدي
الدكتور بروس ريتز للسيدة ماري جولك» التي عاشت 5 سنوات بعد إجراء تلك
AN‏

في عام ۱۹۸۲ ۰ زرع أول قلب صناعي [جارفيك ۷ )7 DOarvik‏ في قلب المريض
ak‏ ال aes ed‏ بصو تمل

tyr

وكانت أول عملية لزراعة رئة واحدة في مستشفى تورنتو العام في كندا عام
8 ١ء‏ وأجراها الدكتور جويل Ul Joel Cooper gys‏ المريض توم هال Tom Hal‏ «

الذي أجريت له العمليةء فعاش بعدها T‏ سنوات» ETT‏ لأسباب أخرى. وزرع
الطبيب نفسه عام VAAT‏ رئتين اثنتين لمريض عاش حتّى Yr tele‏

وأجريت dal‏ زراعة ناجحة لبدكرياس مأخوذ من أحد أقرباء المريض فى جامعة
مينيابوليس على يدي الدكتور ديقيد سائرلائد عام 141/4 . l‏

وفي عام ۱۹۸۹ء أجريت Sl‏ عملية ناجحة لزراعة AS‏ من متبرع حي تربطة
بالمريض صلة قرابة على يدي الطبيب كريستوفر برولش Christopher Brolich‏ في
جامعة شيكاغو . js‏ جزءًا من AS‏ السيدة تيري سميث js Terry Smith‏ في
جسد طفلتها أليسا Alessa‏ البالغة من العمر fps YY‏ . ونجححت العملية؛ ولا تزال
الوالدة والطفلة حيتين تُرزقان إلى اليوم .

في عام ۱۹۹۸ء أجريت أول زراعة ناجحة لحنجرة كاملة في مستشفى عيادة
كليشلاند الأمريكية للمريض تيموثي هيدلر Timothy Heidler‏ الذي CAG‏ حنجرئه
قبل BEL ٤١‏ حادث سير. أجرى العملية الطبيب مارشال ستورم Marshall‏
t Storm‏ وتكن المريض من النطق بعد هذه المدة الطويلة .

رازو anda dF a a‏ تا جيك الم كي
Sickle Cell Anaemia‏ عام ١1998‏ في مستشفى إيغليستون Egleston‏ للأطفال
بجامعة Emory University (s ) ss]‏ في أتلانتا . وقد استمع مجلس الشيوخ الأمريكي
لشهادة المريض كيون ين Keon Penn‏ البالغ من العمر VY‏ عاما في حزيران/ يونيو» من
عام ۲٠٠١‏ في إطار الجدل الدائر حول قضية زراعة الخلايا الجذعية .

وفي عام ters‏ أجرت الطبيبة وفاء الفقيه» العاملة في مستشفى الملك فهد في
المملكة العربية السعودية أول زراعة لرحم Jib‏ من متبرعة عمرها ET‏ سنة إلى RA‏
عمرها shy. dw YT‏ نتج الرحم المزروع الطمث مّدة شهرين» قبل أن يفشل في الشهرٌ
الثالث وينزع من مكانه .

yé

lal uly. ot

5 at
الغدّد الصّم والتغذية والتمثيل الغذائي‎

توصل العلماءً في بدايات القرن العشرين إلى Ol‏ الجسم بحاجة إلى AS pe‏ معينة
لدوام صحته i‏ ولمنع بعض الأمراض من الفتك به . ففي عام ١1405‏ » افترض الكيميائي
البريطانى فريدريك هرپکنز Frederick Hopkins‏ و جود «عوامل غذائية مساعدة)
ضرورية لعمل الجسم» وأن نتقصها يؤدي إلى الإصابة بأمراض» كالكساح
والإسقربوط . وفي الوقت نفسهء كان العالم الهولندي كريستيان إيكمان Christiaan‏
Eijkman‏ قد وجد أن نقص مادة ضرورية موجودة في قشر الأرز هو eere‏ مرض
olia Pads is nig pa‏ العالمان على جائزة نوبل في الطب عام ١978‏ . وانتظر
العالم حتى عام ١917‏ حين أدخل الكيميائي الأمريكي البولندي الأصل كاسيمير فنك
Casimir Funk‏ اسم فيتامين Vitamin‏ لأول مرة » لوصف مواد من هذا القبيل أذى
استعمالها إلى علاج أمراض شائعة» مثل : مرض srl‏ بري» والإسقربوط».
وغيرهما؛ ما أدى إلى اختفاء هذه الأمراض من معظم الدول المتقدمة مع تطور التغذية
t.‏
وتحسن المستوى الغذائي . واكتشف العالم إدوارد ميلانبي ple Edward Mellanby‏
١‏ ثيتامين «د» c‏ الذي يسبب نقصه مرض الكساح . وبذلك ساعد في القضاء
على مرض sal‏ إلى تشويه الآلاف من الأطفال» وحرمانهم من نعمة الحركة الطبيعية .

مکتشفو الفيتامينات: فريدريك هويكنز ATA)‏ -/1547) ؛ كريستيان إيكمان t (VAY - AOA)‏

كاسيمير فنك (IAY - VAAL)‏ . حصل الأولان على جائزة نوبل في الطب والفسيولوجيا عام 1979 .

io

إلا أن ثمة أمراضا غذائية من غط آخر ظهرت مع نهاية القرن ونتجت عن الإفراط
في تناول الطعام وعدم توازن التغذية؛ وأعني هنا السمنة الزائدة وما يصاحبها من
أمراض مزمنة » كأمراض القلب والسكّري والسكتات الدماغية .

كان العالم البريطاني اللخضرم إرنست ستارلنغ Ernest Starling‏ قد أدخل
استخدام التعبير الجديد «هرمون» Hormone‏ في محاضراته التي ألقاها في IS‏ الأطباء
الملكية البريطائية في VASTV TVET!‏ من شهر حزيران/ يونيو عام 1990 ليصف
مواد تفرزها SLA‏ الصم لتنظيم العمليات الحيوية داخل الجسم . وكان هو وزضيلة
العالم البريطاني ويليام بيليس William Bayless‏ قد فصلا أول CO ye pe‏ هو
السكريتين Secretin‏ . ومنذ ذلك التاريخ . توالت اكتشافات هرمونات شكلت Cabal‏
اسمن العلاج البديل Replacement therapy‏ لنقص !515 ol pa JA‏ محددة في
الجسم ننجت عنه أمراض كان علاجُها في السابق مستعصيًا .

إرئست ستارلنغ وثيام بيليس
)5&3 لاكوا) (AAYE = AA)‏

في عام e ١191١‏ توصل العلماء الكنديون العاملون في جامعة تورونتو: فريدريك
بانتنغ «Frederick Banting‏ وتشارلز بيست «Charles Best‏ وجون مكلويد John‏
0 إلى اكتشاف ipa‏ الإنسولين «Insulin‏ وهو الاكتشاف الذي كان له أن
يحدث ثورة لاحقة في علاج مرض السكري» الذي كان يعاني منه آلاف المرضى»

ira

آ. د. ولید glll‏

ويؤدي عن طريق مضاعفاته إلى وفاة | لكثيرين. ونتيجة لهذا الاكتشاف» منحوا جائزة
E e E : 1‏ لو م 5 o‏ »

مكتشفو الإنسولين: فريدريك بانتنغ (1941-18891) ؛ تشارلز بيست (AAYA - NAGA)‏ ؛
جون ماكلويد (5/ا4١ ‏ 1976) . حصلوا على جائزة نوبل في الطب والفسيوئوجيا عام 155

استعمل الأطباء الإنسولين المستخرج من الحيوانات لعلاج مرض السكري حتى عام
۸۱+ حين أصبح بالإمكان الحصول على الإنسولين البشّري بطرق كيميائية حيوية .

كان العالم آرثر بيدل Arthur Beidl‏ قد توصل في عام 1۹1۰ إلى 1 قشرة العدة
جار الكُلويّة ضرورية لحياة الإنسان. ولم يتمكّن العلماء من اكتشاف سبب هذه
الأهمية I‏ في عام ١1949‏ ؛ حين حدثت ثورة أخرى في الطب باكتشاف هرمون
الكورتيزون «Cortisone‏ وهو هرمون تفرزه هذه الغدة. وكان لاكتشاف هذا الهرمون
دور رئيسي في علاج الالتهابات» والأمراض المزمنة للمفاصل» وكثير من أمراض
الأعصاب . فكم أنقذ من مَرضى الإصابات والحساسية المفرطة!

لقد نهض العالم الأمريكي إدوارد كندال Edward Kendall‏ الذي كان يعمل في
CONSE con‏ « وتاديوس nee « Tadeus Reichstein eaa;‏

£YV

والعالم الأمريكي فيليب هنش Philip Hench‏ من مؤسسة مايو» بالدور الرئيسي في
هذا الاكتشاف وكوف هو ie‏ ء بجائزة نوبل عام ١496٠١‏ . وكان كندال قد

اكتشف في عام ۱۹١١‏ هرمون SBI‏ الدرقية المسمى الثيروكسين A Thytoxin‏ وهومن
الهرمونات الضرورية للنمو والتمثيل الغذائي» ويؤدي نقصه لدى الأطفال إلى التخلف

مكتشفو الكورتيزون : فيليب هنش 1895(‏ 1450( ؛ تاديوس رايخستين (/ا 189‏ 344( ؛ إدوارد
كندال (۱۸۸1- ۱۹۷۲). حصلوا على جائزة نوبل في الطب والفسيولوجيا عام 1980 .

لم تقتصر ILA‏ رايخستين على ذلك ؛ وإنما Cal eG‏ عام ۱۹۳۳ . بمشاركة سير
نورمان هوارث Norman Howarth‏ في بيرمنغهام. بتصنيع فيتامين (ج)؛ وهو
الفيتامين الذي يمنع مرض الإسقربوط والتزف .

قبل عام ۳٥۱۹ء‏ كانت كثيرات من النساء يمسن من النزف الذي يعقب الولادةء
بسبب عدم انقباض عضلات الرحم بعد انفصال المشيمة . واستمرت الحال كذلك إلى
أن تمكن العالم قينسنت دو Vincent du Vigneaud 4x3‏ في جامعة $, ;|| Cornell‏
LS e‏ من خلال alae‏ على البيتيندات» عن فصل هرمون الا e S‏ سن
Oxytocin‏ ¢ وهو المادة الفعالة في انقباض الرحم . وكان لهذا الاكتشاف وقع e$‏
فقد أذى استخدامه بعد ذلك في عمليات الولادة إلى إنقاذ حياة الآلاف من الأمهات .

£YA

أ.د. وليد المعاني

وكرمته الجمعية الأكاديمية السويدية بمنحه جائزة نوبل في الكيمياء عام ۱۹٠١‏ . ولم
e os‏ إنجازات هذا العالم عند هذا الحد؛ Uy‏ اكتشف WAS‏ هرمون
المازويريسين Vasopressin‏ . وهو من هُرمونات الفص الخلفي OES et eti‏
ومسؤول مباشرة عن التحكم في محتوى الجسم من الماء؛ وهو المادة التي تُعطى
للمرضى الذين يشكون من مرض السكري الكاذب.

مكتشف الأوكسيتوسين: فینسنت دو فیغنو )23423 (MA‏
حصل على جائزة نويل في الكيمياء عام A460‏

oss‏ العالم الأمريكي فرانك كولتون (Frank Colton‏ الذي كان يعمل في
مختبرات شركة سيرل LS VI Searle‏ من تصنيع مهمون البروج سرون
Progesterone‏ عام 14۲ واستخدمه مادة فعالة ed‏ الحمل . وقد TEN PON‏
مارغريت سانغر Margaret Sanger‏ عام 145۲ « وهي تقترب من الخامسة والسبعين
من عمرها في ذلك الوقت ومن النشطاء في حركة حقوق المرأة وتنظيم الأسرةء هذا
البحث بمبلغ ۰ آلف دولار. كما تمكن العالم كارل Carl Djerassi sl pæ‏ عام
٤‏ من تصنيع أول حبة منع > Pill La‏ تعطى عن طريق الفم من مادة

EYA

اليروجستين d Progestin‏ مكنذا إلى بحوث غريغوري ينكس «Gregory Pincus,‏
عالم الأحياء الأمريكي. وسمح للناس باستخدامها عام 195. ويعزى لكولتون
Mn Cal‏ مادة الستيرويدات البانية للجسم Anabolic steroids‏ « التي استتخدمت
بصورة غير قانونية لأول مرة في الألعاب الأولميية عام 1954 .

مصنعو حبة ais‏ الحمل : فرانك كولتون (Y Y 2 AAYY)‏ 1 غريغوري ينكس
(143v 2 44v)‏ : كارل جيراسي VAAN)‏ = 14¥( -

واستطاع العالم الأمريكي الجنسية, الصيني المولد » تشو هاو لي Choh Hao Li‏
عام 1977 اكتشاف OT‏ هرمون النمو» وهو أحد oU pa pn‏ الغدة النخامية والمسؤول
الرئيسي عن نمو الخلايا في الجسم e‏ يتكون من سلسلة من YA Y‏ من الحموض الأمينية .
OK‏ من تصنيع الهُرمون مخبريًا ؛ وكان حتى ذلك التاريخ أكبر جُزيء بروتيني
n‏ . وقد CRE‏ شركات الأدوية من تصنيعه على نطاق تجاري» وووفق على
استخدامه من وكالة الغذاء والدواء الأمريكيّة في بدايات القرن الحادي والعشرين

tie

حيبي ني يي ا Rengan Ra‏ أ.د. ads‏ المعاني

تشو هاو لي (۱۹۱۳ = (AAV‏

منحت مؤسسة نوبل عام ١515‏ العالمين پیتون راوس Peyton Rous‏ وتشارلز spam‏
Charles Huggins‏ جائزة نوبل في الطب» لاكتشافهما العلاقة بين الهرمونات ومرض
السرطان؛ خاصة سرطان غدة البروستاتا. وكان عملهما هذا فاتحة الطريق لاكتشاف
علاقة مرض سرطان الثدي بالهرمونات؛ ما d‏ إلى تطوير علاج هرموني لكثير من
أنواع السرطانات, التي تشكل الهرمونات إحدى الوسائل الناجعة لعلاجها. ويعزى
لراوس كذلك الفضل في اكتشاف العلاقة بين السرطان والقفيروسات .

مكتشفا العلاقة بين الهرمونات والسرطان: ييتون راوس (YAV« - YAVA)‏ » وتشارلز JAAG‏ )813 =
Lele .7‏ جائزة نويل في الطب والفسيوئوجيا عام VAN‏

كان التمثيل الغذائي وكيفية قيام الجسم بوظائفه من الأمور المحيّرة . وكان التمثيل
الغذائى للحموض الدهنية ومركب الكوليسترول من القضايا التي شغلت بال العلماء؛
إلى أن اكتشف العا مان كونراد بلوخ Konrad Bloch‏ وفيودور لين «Feodor Lynen‏
في أوائل الستينيات» كيفية قيام الجسم A deed saan‏ المواد. وكان للمفاهيم
التي بينها هذان العالمان كبير الأثر في الاكتشافات اللاحقة المتعلقة بالسمنة وتصلب
الشرايين « balise tane diy‏ | إنجازات هذين العالمين» ومنحتهما الجائزة
عام VANE‏

£íY

مكتشفا التمثيل الغدائي للحموض الدهنية والكوليسترول: كونراد بلوخ (vs 2 MM)‏
وفيودور 191١( Oud‏ - ۱۹۷۹) . حصلا على جائزة توبل في الطب والفسيوئلوجيا عام VANE‏

استمر البحث في التمشيل الغذائي للكوليسترول حتى عام 1486 ؛ حين E‏
العالمان مايكل » Michael Brown ogl‏ وجوزيف غولدستين Joseph Goldstein‏ من
التوصل إلى مفهومنا الحالي عن كيفية ci]‏ الجسم لهذا المركب وتعامله معه . ونال
العالمان جائزة نویل عام ٥‏ .

مطورا التمثيل انغذائي للکولیسترول: مايكل براون (1941- ) i‏ وجوزيف غولدستين ME)‏ 2(
حصلا على جائزة توبل في الطب والفسيولوجيا عام ۱۹۸۵.

tiy

الحمل والإنجاب وصحة العائلة

عانت المجتمعات على مر العصور- خاصة المرأة من مشكلات اجتماعية لها علاقة
وثيقة بقضايا الحمل EY,‏ فمن ناحية؛ كانت ثمة حاجة إلى إنجاب عدد كبير من
الأبناء للمساعدة في كسب لقمة العيش أو الدفاع عن العائلة؛ ومن ناحية أخرى»
كانت هنالك أمراض تفتك بهؤلاء الأبناء قبل بلوغهم الخامسة من العمر. وكانت
العادات Ea‏ على المرأة أن تكون وكودًا؛ فحدث في كثير من الحالات أن فقدت
مكانتها لأنها Ble‏ .
لقد أدى تحسن المستوى المعيشي للأسرء وتوافر المياه الصالحة للشرب» والقضاء
على الكثير من الأمزاض» إلى تدتي نسب الوفيات بين SUE‏ في age‏ أدى تسن
الرعاية الصحية للأمهات إلى انخفاض نسب الوفيات في أثناء الولادة ومابعدها.
ويقاس مدى تقدم الرعاية الصحية في أي بلد o‏ بنسب وفيات الأطفال قبل نهاية
السنة الأولى من العمرء وبنسب وفيات الأمهات حول فترة الولادة .
كانت أمراض الحصبة VEO, * * +) Measles‏ وفاة عام CY * t Y‏ حسب منظمة
الصحة العالية)ء والجدري Smallpox‏ والحصبة Rubella TUY‏ » وشلل الأطفال
Poliomyelitis‏ - وما زالت - تفتك بآلاف الأطفال كل tele‏ مشتركة في ذلك مع
الأمراض GAL‏ عن الفقرء وسوء التغذية» والأوبئة الشائعة (انظر فصل «الأمراض
المعدية والالتهابات»). فإضافة إلى مليون وفاة تسبب بها الأمراض التي يمكن منعها
عن طريق التطعيم » تؤدي الحصبة إلى إعاقات عقلية وفقد السمع؛ في حين يؤدي
الجدري إلى العمى كما تؤدي الحصبة الالمانية إلى كثير من العيوب الخلقية في القلب
pleas‏ إن أصيبت بها المرأة الحامل . وقد أعلنت منظّمة الصحة العالمية عام ٠۹۷۷‏
Gi‏ مكنت من القضاء نهائيًا على مرض الحدري» بعد أن فتك با يقرب من ٠١‏ مليون
شخص في القرن العشرين وحده pl‏ يوان مطعوم ye Mids‏ الا كميات ep‏
في ثلاث من مناطق العالم هي (Y:‏ مدينة بيرمنغهام في بريطانيا؛ لكن دمر Qa li‏

teL

ا ا للك here‏ آ. د. وليد المعاني
هناك عام ٠۱۹۸ء‏ بعد أن أدى تسرب منه إلى وفاة المصوّرة جانيت ياركر Janet‏
Parker‏ يوم ۱۹۷۸/۸/1١‏ وهي آخر من توفي بهذا المرض. CY‏ مركز مكافحة
الأمراض والأوبئة في مدينة أتلانتا بولاية جورجيا الأمريكيّة . ۳) مركز الدولة لبحوث
الفيروسات في مدينة كولستوقو 10154070 الروسية .

ا E‏ وأن
sx‏ العلماء ء الذين كانت لهم أدوار محورية فيها. . فعلى سبيل المغال» نشر العالم
الأسترالي سير نورمان غریغ Sir Norman Gregg‏ عام Vie ۱۹٤۱‏ عن علاقة مرض
الحصبة الالمانية بالحمل ونتائجه على الأجنة؛ فلفت أنظار العالّم إلى تلك المخاطر.
ومن ثم طور العالم هاري ماير Harry Meyer‏ والعالم يول ياركمان Paul Parkman‏
Ji‏ مطعوم للحصبة الألمانية عام ١975‏ . كماطور عالم الأحياء الأمريكي الدكتور
جوناس سالك عام ١407‏ أول مطعوم لشلل الأطفال. Di,‏ أول حملة للتطعيم
بهذا الطمرع في ر Een c sla‏ الأمريكنة Moo (Le‏

E ع‎ TT الأمريكي‎ eil
وقامت منظمة الصحة العالمية بتجربته على نطاق واسع في العام‎ . ٠۹۵۷ الأطفال عام‎
نفسه في روسيا وهولندا والمكسيك وتشيلي والسويد واليايان.‎

تمكن العلماء عام ١408‏ من البدء باستخدام الموجات فوق الصوتية لتشخيص
أمراض الأجنة داخل الأرحام. ae‏ بور اماي م
ولادات لأطفال مصابين بإعاقات أو أمراض يصعب علاجهاء أو cu‏ مضاعفاتها
TIT GY‏ الفضل في ذلك للطبيب الاسكتلندي إيان 5 Tan Donald JJU‏

tto

مطور تشخيص الأجنة ؛ وواضعة مقياس أبغار لصحة الطفل ؛ ومكتشف مطعوم الحصبة الألمانية:

.) - SAT} پول ياركمان‎ i (IIVE 2 3A8V) ؛ فیرجینیا أيغار‎ (14AV 2 MAY) alios ایان‎

وطورت العالمة الأمريكية قير جينيا أيغار Virginia Apgar‏ عام 140۲ مقياسًا TAM‏
صحة الطفل مباشرةً بعد الولادة. واستعمل المقياس منذ ذلك التاريخ بصورة روتينية
تحت اسم مقياس أيغار -Apgar score‏

كانت BY II‏ عملية مؤة في كثير من الأحيان؛ ولم يتمكن الأطباء من تخفيف هذه
الأوجاع بالأدوية . وكان استخدام التخدير e ue‏ في حالات الولادةء M]‏ عند إجراء
Sg‏ ا vc oc coc‏
لإجراء عملية قيصرية في مستشفى البحرية بجزيرة ستاتن في نيويورك . وخحشي
الأطباء من وفاتها عند تخديرها. فأدخل الذكتور موريس فيشبين Morris Fishbein‏
أنبوبة قسطرة إلى المنطقة المحيطة بالأم الحافية Epidural space‏ في المنطقة القطنية »
وأسال من خلالها مادة مخدرة؛ مستخدمًا الطريقة يقة التي كان قد وصفها الأطباء
روبرت هنغسون «Robert Hingson‏ ووالدو إدواردز «Waldo Edwards‏ وجيمس
ساوثورث «James Southworth‏ الذين كانوا يعملون في المستشفى نفسه. يجحت
التجربة نجاحًا باهرا » وأنجبت المرأة من دون مشكلات . وتستعمل هذه الطريقة OYI‏ على
نطاق واسع في جميع أنحاء العالم للولادة من دون ألم .

ننجت عن ed Ei‏ الطبي اللموس» الذي أحرز في النصف الأول من القرن

££

أ.د. وليد المعاني

العشرين» زيادة مضطردة في عدد السكان» رافقها ارتفاع في مستوى المعيشة؛ ما Gal‏
إلى التفكير بطرق لتنظيم هذه الزيادة. . واستدعى ذلك إنشاء برامج. كان أولها ذاك
الذي وضعته مارغريت سانغر في بروكلين بالولايات المتحدة عام 1417؛ وهي السيدة
نفسها التي مولت عام ١9107‏ تصنيع حبوب منع الحمل (أنظر «الغدد الصم والتغذية
والتمثيل الغذائي؛) .

مارغريت سانغر SAVE)‏ - 1955 ) إرنست غرافنبرغ SAAN)‏ - ۱۹۵۷)

. استخدمت حبوب منع الحمل منذ ذلك التاريخ ورافقها استنباط ما سمي اللولب‎ ٠
ويعزى الفضل في البدايات المتعلقة باللولب إلى العالم الألماني إرنست غرافتبرغ‎
فكان على يدي الدكتور هوارد تاتوم‎ co p glad أما‎ . VAY 4 عام‎ Ernest Graafenberg
. ١1954 ليصبح بصورته الحالية عام‎ eStock! فى الولايات‎ Howard Tatum

كانت هنالك مجموعات من الأسر لم تتمكن من LAY‏ نظرا cold‏ طبية كثيرة .
وكانت الطريقة المتوافرة هي التبئي» بكل ما يسببه من مشكلات اجتماعية ونفسية.
وفي تلك eI‏ كان عالم الأحياء الصيني مين شوه تشانغ Min Cheuh Chang‏
يعمل في بوسطن OLY Ju‏ المتحدة؛ pore uu‏

الرحم عام 1404 . لقد كان هذا العمل العلمي هو الأساس في ولادة أول طفل خارج
الرحم الإنساني (أطفال الأنابيب) عام VAVA‏ [ولدت الطفلة jas‏ براون Louise‏

t£v

tee pene rene
أولدام في المملكة الملتحدة]ء على أيدي الطبيبين‎ auae ١97/86 في‎ Brown
وکان الطفل‎ . Robert Edwards وروبرت إدواردز‎ Patrick Steptoe ياتريك ستبتو‎
Lal . قد ولد في الهند في تشرين الثاني/ نوقمبر من العام نفسه‎ Durga الثاني دورغا‎
Candice الطفل الغالث المولود بهذه الطريقة» فكان الطفلة الأسترالية كانديس ريد‎
AE لقد شاع استعمال هذه الطريقة بحيث‎ . ۹۸١ التي ولدت عام‎ «Reed

الولادات باستخدامها تشكل ما نسبته ZN‏ من مجمل الولادات في الولايات المتحدة.

أول من أخصب بويضة خارج الرحم c‏ وأول من ابتكر أطفال الأنابيب t‏ وآول طفل أنابيب:
مين شوه تشانغ (۱۹۰۸ - (AAAY‏ ؛ ياتريك ستبتو (۱۹۱۳- (AAA‏ ؛ الطفلة لويز براون (۱۹۷۸- ).

من الطريف ذكرة هنا أنه بعد قيام العلماء الاسكتلنديين باستنساخ النعجة دولي
١44/6 /V pa‏ بختبرات معهد روزلن «Roslin Institute‏ اعتقد الجميع أن
id‏ القادمة ستكون استساخ إنسان . . فقامت الدنيا ولم تقعد ضد مثل هذا التوجه»
الذي أصدرت دول كثيرة تشريعات لمنعه .

EA

أ. د. وليد المعاني

السترطان وعلاجه

o أن قدماء المصريين وصفوا في بردياتهم أورامًا سرطانية من دون تسميتهاء‎ ae
ساعد التقدم في مختلف‎ sd . الفضل في إطلاق الاسم الحالي عليها يرجع إلى أبقراط‎
مجالات الطب في تطوير وسائل التشخيص والعلاج لكثير من الأورام السرطانية.‎
فالتقدم الذي أحرز في العلوم المخبرية» وعلم الأشعة» وعلم النظائر المشعة» كان ذا‎
أثر فعال في هذا المجال؛ إضافة إلى التقدم في فن الجراحة» واكتشاف مواد تخدير‎
تسمح بإجراء عمليات طويلة . وكان لإتقان عمليات نقل الدم أثر عظيم في إمكانية‎
. إجراء عمليات معقدة وخطيرة» من دون الخوف من حدوث النّرْف‎

لم يكن من الممكن إحراز أي تقدم في معالجة السرطان من دون فهم أسباب
حدوثه. في هذا السياق» اكتشف العالم الأمريكي فرانسيس بيتون راوس Francis‏
«Peyton Rous‏ الذي كان يعمل في جامعة جونز هويكنزء أن الفيروسات قد تسبب
السرطان . فتمكن من إحداث سرطان الساركوما Sarcoma‏ عند حقن حيوانات المعمل
بقيروسات معينة . وإضافة إلى تسمية هذا السرطان باسمه» t S‏ راوس ممنحه جائزة
نوبل عام +۱۹١١‏ بالاشتراك مع العالم الأمريكي في جامعة شيكاغ و تشارلز
هغنز «Charles Huggins‏ الذي اكتشف عام ۹ أن بعض الأورام السرطانية
يحتاج إلى هرمونات معينة كي تنمو وتكبر» وذلك من خلال بحثه في سرطان
البروستاتا عند الكلاب . OUS‏ لاكتشافه هذا أثر كبير في زيادة فهم كيفية نشوء الورم
وتطوره؛ وشكّل GY‏ واحدا من أهم الأسلحة الطبية التي تستخدم لعلاج السرطان.

كما سبب العلماء في جامعة طوكيو باليابان سرطاتًا لأول مرة حين حقنوا جلد
أرنب Basle‏ الفحم عام 141١‏ .

وكان عالم الأحياء ثيودور بوقيري Theodor Boveri‏ أول من >24 ضرورة وجود
منظومة متكاملة من الكروموسومات الصحيحة لتطور مخلوق بصورة متكاملة
وطبيعية؛ ومن لم استنتج عام 1414 أن أسباب الأورام قد تكون كروموسومات

£24

عليلة. لكن» جوبهَ هذا الافتراض بكثير من السخرية؛ وانتظر العالم حتى الصف
الثاني من القرن العشرين OY‏ صحته . ˆ

مكنشفا العلاقة بين الهرمونات والسرطان من حيث النشوء والعلاج: فرانس پیتون راوس NAVA)‏ -
وتشارلز هغنز )3 14 ۱۹۹۷) . حصلا على جائزة نویل في الطب عام MM‏ .

أجريت أول عملية لاستتصال ورم سرطاني في الرئة عام VAYY‏ على أيدي الطبيبين
إيشارتز غراهام (A6 V - YAAY) Evarts Graham‏ وجيكوب سينغر Jacob Singer‏
(oE AAY)‏ العاملين آنذاك في شيكاغو بالولايات المتحدة. ويعزى لغراهام
نفسهء بالاشتراك مع الطبيب ورين كول CV84 + YAMA) Warren Cole‏ الفضل
في استنباط طريقة تصوير الحويصلة المرارية بالصبغة Cholecystography‏ . وهو أحد
مؤسسي البورد الأمريكي في الجراحة. وقد أثبت» بالتعاون مع إرنست ويندر
Emst Wynder‏ عام ١40‏ .؛ علاقة السرطان بالتدخين . وما يدعو للسخرية أن
plat 2‏ الذي كان مدختًا شرهًا - توفي بسرطان x JE‏ عام /1481 .

كان العالمان الأمريكيان EM‏ غودمان Louis Goodman‏ وألفرد غلمان Alfred‏
Gilman‏ في جامعة يبل Yale‏ يبحثان في الغازات والمواد السامة إبان الحرب العالمية

0۰

أ.د. وليد المعاني
الثانية» oy‏ على تكليف من الحكومة الأمريكية» لتلافي الويلات التي سببتها الغازات
السامة فى الحرب العالمية الأولى؛ حين توصلا إلى أن بعض مشتقات الخردل
Nitrogen mustard‏ ,31 تشفي بعض أنواع السرطان الشائعةء ts‏ رطان
هودجكن Hodgkin’s sarcoma‏ وسرطان Leukemia pil!‏ . وقاما بتجربة الدواء على
أول مريض في العالم يعالج بمادة كيميائية في كانون الأول/ ديسمبر من عام 1947 .
وأعطت التجربة نتائج باهرة. لقد بدأ في ذلك اليوم عهد استعمال العلاج الكيميائي
في التعامل مع عدد كبير من أنواع السرطان . ويعزى إلى هذا النوع من العلاج الفضل
في بقاء الكثيرين على تيد الحياة . واكتشفت بعد ذلك أنواع أخرى من المواذ الكيميائية
التي أصبحت» ee‏ إلى جنب مع العلاج بالأشعة «Radiotherapy‏ أهم دعائم علاج
هذا المرض الفتاك .

مكتشفا العلاج الكيميائي:

الفرد غلمان (۱۹۳۲- ۲۰۰۷)» ولويس غودمان (YOY NAVY)‏

ويعزى إلى غودمان نفسه الفضل فى أنّه أول من استعمل مادة الكيوراري Curare‏
وهي المادة التي استعملها الهنود في جنوب أمريكا لشل طرائدهم وضحاياهم -لشل

£0

عضلات مريض في أثناء عملية تخدير . وبدأ بذلك age‏ أصبحت فيه هذه المادة alee‏
علم التخدير» قبل أن تستبدل بها مواد أكثر سلامة . ومن الطريف أن غلمان سمى EN‏ له
ألفرد غودمان غلمان» تيمئًا باسم زميله. وكبر هذا الابن ليصبح Úle‏ متميزاء حصل
على جائزة نوبل في الطب والفسيولوجيا عام ۱۹۹۷ .

oS‏ العالمان الأمريكيّان هارولد ارموس Harold Varmus‏ ومايكل بيشوب
Michael Bishop‏ عام YAYI‏ في جامعة كاليفورنيا بالولايات المتحدة من اكتشاف أول
جين سرطاني Oncogene‏ محمول على قيروس . وكان هذا الفيروس هو نفسه الذي
قال عنه Opry‏ راوس ]€ يسبب السرطان» والمسمى باسمه عام VAY‏ . وكان لهذا
الاكتشاف أثركبي رفي تحديد الجينات المسببة للسرطان؛ ومن ثم فتح ge‏ جديدًا في
محاولة تعديل هذه الجينات أو إيقاف تأثيرها . وقدرت الأوساط العلمية هذا الاكتشاف
BL‏ منحت المؤسسة الملكية السويدية هذين العالمين جائزة نوبل في الطب عام 1989 .

صاحبا نظرية الأصل الفيروسي للسرطان:
مايكل بيشوب à = VAT)‏ وهارولد فارموس (۱۹۳۹- )۔
حصلا على جائزةٍ نویل في الطب عام MAA‏ .

£oY

أ.د. ads‏ المعاني

كان العالم ستيفن فريند Jal Stephen Friend‏ من تمكن من اكتشاف الجينات التي
c‏ تكون الأورام ‘Tumor suppressor genes‏ وهي جينات طبيعية تقوم على
إصلاح أي خلل يحدث في الجينات في الإنسان. وحين يعتري هذه الجينات تشوه
معين» TY‏ عن القيام بنشاطها الطبيعي في الإصلاح وتسمح بتكون الأورام.
كان الجين الأول المكتّشف من هذا النوع هو ذاك المسمى cpRb‏ والمختص بورم شبكية
العين المعسروف بورم Retinoblastoma‏ . ومن الأنواع الأخرى جينات BRCAI,‏
62 الخاصة بورم سرطان gai‏ والمكتشفة عام ۱۹۹۵ .

ما زال العالم بعيدًا عن اكتشاف العلاج الشافي من السرطان. لكن البحوث
تتواصل ليل نهار» وترصد لها الأموال الوفيرة. ويتواصل البحث كذلك في تحديد
الجينات المسببة لهذه السرطانات» وتطوير وسائل مخبرية لاكتشاف وجود سرطان من
عدمه. :

KE‏ العلماء من إيجاد اختبار لفحص خلايا GE‏ الرحم للتحقّق من وجود
سرطان؛ وهو الاختبار المعروف باسم مسحة پاپ c Pap smear‏ نسبة إلى طبيب علم
الأمراض جيورجيوس پاپانیکو لاو . Georgios Papanikolaou‏ وقد c pos‏
المعلومات العلميّة عن ذلك الاختبار عام 1447 . وكُرّم هذا العالم الأمريكي» اليوناني
الأصل» بإصدار طوابع وعملات تحمل صورته في اليونان وفي الولايات المتحدة .

ومن الممكن في الوقت الحاضر إجراء فحص للدم لقياس ما يسمى مؤشرات الأورام
¢Tumor markers‏ فلكل ورم مؤشر محدد. وسيأتي الوقت الذي تكون فيه قد
اكتشفت مؤشرات لكل الأورام» لمعايرة الفحوص المخبريّة Gib‏ لها .

£oY

NOLLOMLAG X :

(AY - VAAN) جيورجيوس ياياتيكولاو‎

202

Ads a.d‏ المعاني

أمراض القلب

ظهرت أمراض القلب واعتلالاته سببًا رئيسيا للوفاة في النصف الثاني من القرن
العشرين. وصرف الكثير من الجهد والمال على قضايا التشخيص والعلاج حتى Weg‏
إلى الوضع الحالي» الذي يمكن فيه التعامل مع المشكلات الطارئة على اختلافها بمهنيّة
ممتازة وناجعة .

كانت البدايات في عام ١٠۱۹ء‏ حين وصف عالم وظائف الأعضاء قيلم (وليم)
أينتتهوفن Willem Einthoven‏ _ لأول -ë‏ تخطيط القلب الكهربائي
UAL + Electrocardiograph‏ بذلك الباب لإمكانية استتخدام النشاط الكهربائي للقلب
في تشخيص اعتلالاته . كان هذا العالم الهولندي» المولود في إندونيسياء هو الذي
سمى موجات التخطيط الكهربائي للقلب بأسمائها الحالية . ويسمى المثلث المحدد على
صر المريض الذي توضع على زواياء مجسات الجهاز باسمه: Einthoven's‏
Triangle‏ . وقد منح جائزة نوبل في الطب عام NAVE‏

عقب calis‏ في عام ٠۱۹١١‏ بين الكيميائي الهنغاري جورج فون هيفيسي George‏
Von Hevesy‏ إمكانية استخدام النظائر المشعة في تشخيص الأمراض. وقد ااه
هذا بمنحه جائزة نوبل عام ١4547‏ . وبناء عليه» استخدم الطبيب هيرمان بلمغارت
(VAVV-YAA0) Hermann Blumgart‏ في مدينة بوسطن الأمريكية Cn, dis‏
لتشخيص أمراض عضلات القلب لأول مرة» وذلك عام ۱۹۲۷ .

£00

أول من استخدم النظائر المشعة في الطب ومخترع Sol‏ جهاز تخطيط كهريائي للقلب:
جورج فون هيفيسي »)۱۹٦٩ - ۱۸۸٩(‏ وفيلم (وليم) أينتهوظن ) AAT‏ ۱۹۲۷).
حصلا على جائزة نوبل في الكيمياء عام EY‏ وجائزة نويل في الطب والفسيولوجيا
عام (M YE‏ على الترتيب.

تمكن الأطباء من إدخال أنبوبة قسطرة لتصوير شرايين القلب بعد حقنها بمادة ظليلة .
وكانت القسطرة من اختراع سقن سيلدنغر عام ١407‏ (انظر «علم الأشعة والتصوير
الطبي»). ويعزى الفضل في إدخال أول قسطرة في القلب إلى الطبيب الألماني Pod‏
فورسمان «Werner Forssmann‏ الذي أدخال القسطرة في قلبه هو عام ۱۹۲۹ ؛ حين
كان عمره Dale YO‏ ومنح فروسمان جائزة نوبل في الطب عام ١905‏ ؛ مع الطبيبين
أندريه كورناند Andre Cournand‏ وديكنسون ريتشاردز Dickinson Richards‏ «
اللذين درسا آلية حركة الدم في القلب .

£01

أول من أدخل فى hal‏ وآول من درس AST‏ حركة الدم في القلب: pd‏ فورسمان
(AAYA E)‏ أندريه كورتائد (19448-1858): ديكنسون ريتشاردز (NAVE 2 3A30)‏
نائوا جائزة his‏ في الطب والفسيوئوجيا عام NAAT‏

وكانت النتيجة الحتمية لذلك تفكير الأطباء بعلاج الشرايين المسدودة جراحيً . إلا
أنه كان عليهم الانتظار حتى عام NAW‏ حين أجرى جراح القلب الأرجنتيني رينيه
جيرونيمو فاقالورو «Rene 06201511110 Favaloro‏ الذي كان يعمل في مستشفى عيادة
كليقلاند Cleveland Clinic‏ الأمريكية» Jal‏ عملية لتجاوز مكان الانسداد في شريان
عضلة القلب» عن طريق زرع وريد مأخوذ من جسم المريض ليعمل بديلا له.

أول من أجرى عملية لتبديل شريان في القلب:
رينيه جيروتيمو (Hm -2 TY) 9394 LOLS‏

bey

في عام 2197 طور مبدأ توسيع الشريان الضيق عن طريق إدخال بالون محمول
في قسطرة إلى الشريان الضيق > ثم نفخه هناك؛ بحيث يؤدي ذلك إلى توسيع
الثثريان. وعرفت هذه الطريقة بعد ذلك بتوسيع الشريان بالبالون Balloon‏
angioplasty‏ . وكان من طور ها تشارلر دوتر Charles Dotter‏ وميلقن غدكنز
Melvin Gudkins‏ عام 1475 t‏ كما استخدماها لتوسيع شريان في الفخذ . ويعزق
La‏ في استخدام بالون القسطرة لتوسيع شريان القلب إلى طبيب الأشعة العالم
الألماني أندرياس غرونتزغ «Andreas Gruentzig‏ الذي كان يعمل في مستشفى
جامعة زيوريخ في سويسراء وذلك عام ۱۹۷۷ . وتبين للأطباء بعد ذلك أن Sas‏ من
الشرايين الموسّعة تعود إلى التضيق بعد فترة» وبحثوا في كيفية إبقائها مفتوحة
باستمرار. وتواصلت جهودهم إلى أن طور الطبيب أورليخ Urlich Sigwart dane‏
عام 1947 شبكة e Stent‏ توضع داخل الشريان بعد توسيعه لإبقائه مفتوحا. وقد
حصل هذا العالم على جائزة املك فيصل العالمية LU‏ عام 5 5٠١‏ .

Jal‏ من أجرى عملية لتوسيع شريان في القلب: وأول من زرع شبكة في واحد من شرايين القلب؛
أندرياس غرونتزغ ATA)‏ 2 1946): وأورليخ سيغشارت - SAVE)‏ ).

كانت المشكلة التالية حدوث Lisi‏ على الشبكة ات هذه بإدخال دعامات
تفرز أدوية مانعة «Drug eluting stents ii‏ وذلك في أواخر القرن العشرين

LOA

آ. د. وليد المعاني

طور المهندس الأمريكي إيرل باكن Earl Bakken‏ عام 9۷ أول plies‏ خارجي
لنبضات القلب ورب هذا pass (yard‏ السك OLAS‏ م لال SUA‏
الذي ale‏ المريض في رقبته» وكانت أسلاك الجهاز تخترق جلد المريض لتصل إلى
قلبه. لكن أول جهاز منظم للنبضات زرع تحت الجلد أنتج Sy‏ عام ١95٠‏ في
مستشفى جامعة كارولينسكا في سولنا Solna‏ بالسويد. صنعه روون إيلمكفست
«Rune Elmqvist‏ وركبه جراح القلب Ake Senning pii an‏ .

في تلك الأثناءء كان التقدم في جراحة القلب يسير بتسارع شديد. ففي عام
15> تمكن الطبيب دونالد إفلر Donald Effler‏ والطبيب لورنس غروقز Laurence‏
8 من إيقاف القلب قبل إجراء العمليات cage‏ وذلك باستخدام آلة اخترعها
الطبيب قيلم كلوف Willem Kloff‏ تقوم مقامه ومقام الرئة لفترة مؤقتة .

وف عام ۱۹٦۷‏ أجرى الطبيب جراح القلب كريستيان بارناره من جنوب أفريقيا
أول زراعة لقلب ؛ في حين أن أول قلب صناعي مؤقّت زرح على يدي الدكتور دننون
كولي Denton Cooley‏ عام 61444 في تكساس GLY Jl‏ المتحدة» في ary dem‏
Giesi‏ لزراعة قلب دائم .

أول من أوقف القلب خلال عملية: وأول من زرع Là‏ صناعيًا في جسد مريض؛

دونالد (Yi£ 23418) I8‏ ودتتون كولي (+197- 2 ).

أما أول زراعة ناجحة لقلب ورئة» فقد أجريت في جامعة مينيسوتا عام VIAN‏ على
يدي الدكتور بروس ريتز t Bruce Ritz‏ أجريت للسيدة ماري جولك» التي عاشت o‏
ستوات بعدها.

كان المهندس الطبي روبرت جارفيك Robert Jarvik‏ قد طور C gaze Celie CU‏
Cae‏ على نموذج القلب الصناعي الأول في العالم» الذي صنعه بول وينشل Paul‏
Winchell‏ عام 1937 . وقام الجراح ويليام دقري William DeVries‏ عام ١95857‏
بزراعة أول قلب صناعي (جارفيك (V‏ في قلب المريض»› طبيب الأسنان بارني
كلارك. الذي عاش Ú g ١١7‏ بعد العملية متصلاً بجهاز خارجي يشعَل القلب
الصناعي؛ في حين عاش المريض الثاني بيل شرويدر 57١ Bill Schroeder‏ يوم بعد
العملية . وظهر ديشريس على غلاف مجلة تيم الأمريكية في كانون الأول/ ديسمبر عام
Cal Jail) . 6‏ «نقل الأعضاء والأنسجة وزراعتها». )

"S x

But How to
Pay the Bilt?

أول من زرع CAS‏ صناعياء وأول من طوره:
ولیام ديشريس -۱۹٤۳(‏ ) وروبرت جارفيك -۱۹٤٩(‏ ).

21+

ada a.‏ المعاني

الجراحة وفروعها

تقدّمت الجراحةٌ عبر العصور نتيجة لجهود العلماء في اكتشاف (أو اختراع) أساليب
وطرق شتى وتطويرها. فأساليب التعقيم والخيوط الجراحية والتخدير كانت من الأمور
التي كان لها po‏ عظيم في توفير الظروف الملائمة لتقدم هذا الفن العريق .

بين العالم النمساوي كارل لاندشتاینر Karl Landsteiner‏ عام ۱۹۰۱ وجود أنواع
مختلفة من الدم البشري» وحدد زمر Blood Groups pull‏ . ونال جائزة نوبل في
الطب ple‏ ۱۹۳: ولم تتوقف إنجازات لاندشتايئر عند ذلك؛ فقد اكتشف عام
۹¥ هو والعالم أليكساندر قايئر Alexander Weiner‏ < عامل الريسوس | Rhesus‏
factor‏ في الدم . وساعدت هذه الاكتشافات في إيجاد اختبارات تطابق الدم عند نقله
من مريض لآخر.

أجريت في 1415/7/71 بمدينة بروكسل في بلجيكا أول عملية JE‏ دم ناجحة
على يدي الطبيب ألبرت هستن Albert Hustin‏ . وقبل ذلك » في عام ٩۱۹۰ء‏ أجرى
جورج كرايل Jl George Crile‏ عملية نقل دم مباشرة في مستشفى عيادة كليقلاند .
وتقديرً لجهوده c‏ سّميت إحدى سفن الأسطول الأمريكي OG‏ الحرب العالمية الثانية

Lh

مكتشف زمر الدم؛ alg‏ من أجرى عملية تقل دم:
كارل لاندشتاینر VATA)‏ 1947)؛ جورج كرايل (VANE YASE)‏ ألبرت هستن VAAN)‏ = 19519 ).

يعزى إلى الطبيب السّويدي lS‏ كريستيان جاكوبايوس Hans Christian‏
615 الفض ل فی ail‏ كان أول من استكشف تجويفى البطن والصدر؛ مستخدمًا
المنظار Laparoscopy]‏ و «[Thoracoscopy‏ عامى BVA 5 TIS‏ مستشفى
جامعة كارولينسكا بالسويد. ولم يكن من الممكن في ذلك الوقت التقاط صور عن
طريق المنظار . فلم يصبح ذلك متوافرا إلا عام +1190 حين طورت شركة
Olympus wl‏ مضورة متصلة عنظار المعدة . غير أن فضل تطوير المناظير
(خاصة تلك المتعلقة بالمعدة والأمعاء) إلى ما هي عليه OW‏ يعود إلى الطبيب الياباني
هيرومي شينيا Hiromi Shinya‏ في ble‏ ستيئيات القرن العشرين

مطور المناظير :
هيرومي شيتيا NAYS)‏ ={

¿TY

أ.د. وليد المعاني

لم يقتصر استخدام المناظير على التشخيص ؛ فقد استخدمت Dal‏ بصورة متزايدة
في العلاج الجراحي. ففي AAE SA AAY‏ أجرى الطبيب إريخ موهي Erich Mühe‏
من مدينة بوبلينغن في ألمانيا أول عملية لاستئصال المرارة عن طريق المنظار» تبعتها
عمليّات أخرى على مختلف أجزاء الجسم؛ وذلك لأنها جراحة سريعة وقليلة
المخاطر . Goby‏ نهايات القرن العشرين طريقة التنظير عن طريق ابتلاع مصورة
صغيرة على شكل كبسولة «Capsule endoscopy‏ تستخدم مرة واحدة فقط› وتبث
pe‏ لداخحل المعدة والأمعاء في أثناء مسيرها داخل الجهاز الهضمي. وتُلتقط هذه
الصور بجهاز خارجي .

بعد هارقي Ul Harvey Cushing g$‏ جراحة الدماغ والأعصاب؛ فقد أجرى
في عام 1107 أول عملية على الدماغ الآدمي . وفي عام ۸٠۱۹ء‏ استنبط الجرأح
فيكتور هورسلي à Je Victor Horsley‏ الدخول إلى die‏ الدماغ ؛ كما pled‏
Stereotacic‏ .

حصل العالم كيثن 5 Kevin Touhy ja‏ عام ۱۹٤۸‏ على حقوق صناعة عدسة
لاصقة «Contact lens‏ توضع أمام القرنية لتصحيح قوة الإبصار . وكانت العدسة من
مادة يلاستيكية قاسية إلى أن استّبدلت بها عام 19154 عدسة طرية» على أيدي
الكيميائيين التشيكيين أوتو ويشتريل ab» Otto Wichtrele‏ لاف ليم
Drahoslav Lim‏ وفي عام 0 :, comet‏ العدسة المستهلكة التي يمكن استعمالها
٤‏ ساعة . وانتهى القرن والعلماء على وشّك تسجيل قرنية تستخدم شهرا .

£Y

أبو جراحة الدماغ الحديثة: وأول من صنع عدسة AL‏

هاري كشينة (1984-1819)! أوتو ويشتريل (۱۹۱۳ — (ASA‏

في تلك الأثناء» كان eb‏ العيون البريطاني سير هارولد ريدلي Sir Harold‏
Ridley‏ قد تمكن يوم ۲۹/ ۱۹٤۹/١١‏ من زراعة أول esce‏ داخل العين لمريض في
مستشفى سانت ثوماس بمدينة لندن. لكن فضل تطوير هذه العدسة إلى الصورة التي
هي عليها الآن يعود إلى طبيب العيون الأمريكى ستيقن شيرنغ ‘Steven Shearing‏

أول من زرع عدسة داخل العين: و مطور العدسة الحديثة:

سير هارولد ريدلي )238 (Y Y‏ ستيقن شيرنغ (۱۹۱۳- ).

EA

nen.

Aaa co.‏ المعاني
كان طبيبً العيون الإسباني خوزيه باراكير 1425840065 Jose‏ يعمل في مدينة
بوغوتا» عاصمة كولومبيا؛ حين تمكن عام ۱۹١١‏ من تطوير طريقة لاقتطاع شريحة من
القرنية» لتصحيح أمراض قصر النظر. وطور العالمان؛ الروسي سشياتوسلاف
Svyatosalv Vidarov $s l$‏ والألماني بو ا «Theo‏ طريقة قطع
القرنية عامي ١41/5‏ و ۱۹۸۳ »على التوالي . وكان الفيزيائي الهندي الأصل ماني لال
بوميك Mani Lal Bhaumik‏ يعمل بين عامي VATA‏ و ١ avy‏ في جامعة TONS‏
حين اكتشفف ما سمي GY‏ إكسيمر ليزر Excimer laser‏ . وهو الاكتشاف الذي كان
الأساس في co e‏ تصحيح الإبصار اللاحقة. فقد بين العالم رانغاسوامي
سرينيفاسان Rangaswami Srinivasan‏ عام ٠‏ أن هذا النوع من الليزر يمكنه
القطع في الأنسجة بدقة لامتناهية من دون الإضرار بها . Ss y‏ سی توركل
Ú os SIAF eLe Stephen Torkel‏ عن إمكانية استخدام الليزر في عمليات
تصحيح الإبصار . كما أجرى طبيبا العيون» الإيطالي لوشيو بوراتو Lucio‏
Buratto‏ واليوناني يوانيس باليكاريس Ioannis Pallikaris‏ عام 2149 أول عملية
بهذه الطريقة متسلحين بقدر من المعرفة وببعض eil EL‏ فاتحين المجال أمام آلاف
العمليات التي Temp‏

رواد تصحيح الإيصار بالليزر:
ماني لال بوميك: توشيو بوراتو؛ بوائيس ياليكاريس.

£10

كان > cf‏ العظام البريطاني فيليب وايلز Philip Wiles‏ أول من Jaia das‏ الفخذ
في ثلاثينيات القرن؛ لكن Lal‏ الذي ركب آنذاك كان é‏ فعال. وأعقب ذلك
تطوير جورج ماكي George Mckee‏ في الخمسينيات طريقة إلصاق المفصل بالعظام
عن طريق نوع من GEM‏ الراتنجيّة o‏ وركّب cle‏ العظام cay sell‏ سان باو San Baw‏
عام Sadie ۱۹١١‏ صناعيًا مصنوعًا من العاج لسيّدة تبلغ من العمر AY‏ سنة» عوضًا
عن مفصل فخذها المكسور. وبقي الأمر كذلك إلى أن استخدم الجراح البريطاني سير
جون تشارئلي Sir John Charnley‏ الفولاذ بدلاً من العاج» وأدخل تعديلات على
مكونات المفصل . وبقيت الحاجة إلى استخدام مواد صناعية لجمع طرفي المفصل
قائمة ؛ إلى أن جاء العالم پیتر رنغ Peter Ring‏ وصنع المفصل ذاتي الاتصال . تلا ذلك
تطوير مفاصل صناعية للركبة ؛ ومن ثم لمعظم أجزاء الجسم .

الرواد في زراعة مفصل الفخذ:
سير جون تشارئلي (AY - 151١(‏ ييتر رتغ AAY)‏ جورج ماكي (NAW)‏

في عام ۱۹۸۳ء طور في مختبرات شركة دورنير Dornier‏ الألمانية جهاز للتخلّص

من الحصى في المجاري البولية؛ La‏ الها الا ا معو اسفن

£11

آ. د. وليد المعاني

Lithotriptor‏ . وقاد تطوير ذلك الجهاز إلى ثورة في علاج هذا المرض المزعج . وتجرى
في الولايات المتحدة وحدها عمليات من هذا النوع يصل عددها إلى نحو مليون عملية
سنويا.

els‏ اقوط AS LL edt Vy‏ جلف SE‏ هن ya I‏ ی و
ارتباطها الوثيق بأمراض السكري وزيادة الور الشرياني والجلطات المختلفة من الأمور
المُسلّم بهاء التي يعرفها Do‏ والعامّة. وقد حاول الجراحون استنباط عمليات
لمساعدة المرضى الذين يعانون من السّمنة المفرطة» والذين فشلت الحمية الغذائية في
إنقاص أوزانهم . l‏

كانت العمليّات تقتضي اقتطاع جزء من المعدة» أو وصلها مباشرة بالأمعاء الدقيقة»
على نحو يجري فيه تخطي الإثني عشر Gastric bypass‏ وتبين oL EN‏ لهذه
العمليات تأثيرات جانبية سيئة . تلا ذلك تطوير عملية غرس )215 Staples‏ في المعدة
تمنع وصول الطعام إلى igi‏ ما يؤدي إلى أن يصغر حجم المعدة فتمتلئ بسرعة؛ الأمر
الذي يقود بدوره إلى فقدان الوزن.

بقي الأمر كذلك حتى عام YA‏ حين طورت شركة أويتيك Obtech‏ السويدية»
المملوكة حاليًا لشركة جونسون وجونسون «Johnson & Johnson‏ طريقة لتصغير
حجم المعدة عن طريق زرع رباط مجوف قابل للتفخ Band‏ من مادة السيليكون حول
المعدة» وذلك لحجز جزء منهاء Cge‏ الغرض السابق نفسه . M‏ نهاية تزرع تحت
الجلد ؛ ومن خلالها يمكن حقن المحلول الملحي الذي يضخ في الرباط لزيادة حجمه»
ومن ثم تقليل حجم المعدة أو سحب المحلول لتوسيع المعدة إن لزم ذلك . واليوم
تُجرى هذه العمليات oll‏ الآلاف من المرضى في جميع أنحاء العالم .

أدخل الطبيب pei pill‏ إيف ‏ جيرارد إيلوز Yves-Gerard Iouz‏ عام CANT‏ في
مستشفى سانت لويس Aud‏ باريس» طريقة جديدة لإزالة الدهن الزائد في الجسم عن

يق شفطه Liposuction‏ . واكتسبت هذه الطريقة» التى سميت بأسمه. gut‏
a Lael‏ ذلك ccd SI‏ وقد pel‏ يت عليها EE‏ كان placed Lapel‏

£1v

الموجات فوق الصوتية وأشعة الليزر فى عملية إزالة الدهن قبل شقطه . والجدير ذكره أن
هذه الطريقة ليست بديلاً عن الحمية أو عمليات علاج السّمنة التي أوضحناها آنفًا؛
لكنها باتت تستخدم باعتبارها عملية تجميلية .

رائد عمليات شفط الدهون:
إيف ‏ جيرارد إيلوز -1١9140(‏ ).

ETA

آ. د. وليد المعاني

t‏ لي اه َه

في بدايات القرن العشرين» كانت الأمراض النفسية IOS‏ حكمًا بالحياة التعيسة.
وكان الكثيرون من المرضى يعالجون بالاحتجاز فى المصحات, بغياب رعاية صحية من
الرهبة المحيطة بهذا النوع من الأمراض .

كان العالم الألماني هانز بيرغر Hans Berger‏ قد اكتشف مبدأ التخطيط الكهربائي
للدماغ AYA ele Electroencephalography‏ واكتشف GY‏ مو جات Ul‏ الدماغية
«Alpha waves‏ التى سميت باسمه : cole gall‏ بيرغر» . وساهم هذا في الكشف عن
أمراض عضوية تُصيب PL‏ مثل الصرع وغيرها؛ ما كان ينظر إليه على أنه من

في ذلك الوقت» كان العالم TIN‏ سيغموند فرويد Sigmund Freud‏ قد شرع
في وضّع نظرياته المتعلقة بالتحليل النّفسي. وأذى ذلك إلى إدراك كُنه كثير من الأمراض

الرواد في فهم الأمراض العصبية والنفسية:
هانز بيرغر (AAEN - AYY)‏ وسيغموند فرويد (1865 = “OVATE‏

215

تقذ طبيب الأعصاب البرتغالي إيغاس مونيز [الذي مر ذكره في «علم الأشعة
والتصوير الطبي»] أولى محاوللات aa‏ اجر احي عام ٠٥‏ عن طريق إزالة الفص
الأمامي للدماغ» الذي يتحكم في تصرفات الإنسان .Lobotomy‏ وشاع استخدام هذه
العملية لعلاج الكثير من الأمراض النفسية» التي عجزت الأدوية عن السيطرة ees‏
see pe es eee le,‏ بل ف الطب £YA£4 ple‏
مناصفة مع العالم ولتر هس Walter Hess‏ . الذي اكتشف كيفية SÈ‏ الدماغ
بالأعضاء الداخلية. وسميت باسمه حزمة هس The bundle of Hess‏ وهي من
الحزم العصبية المهمة . وقد جرى التخلي عن إجراء مثل هذه العمليّات لاحقًا تحت
ضغْط مجموعات حقوق الإنسان؛ وطُوّرت بدلا منها أساليب جراحية أكثر إنسائية .

كانت الخطوة البارزة التالية في علاج الأمراض النفسية المستعصية هي اكتشاف مبداً
العلاج بتسبيب النوبات Convulsive therapy‏ عام VANE‏ . فقام gyal pel‏
لاديسلاس ميدونا Ladislas Meduna‏ بتسبيب نوبات pali‏ بحقن أدوية معينة في
جسم المريض ؛ ما أدى إلى شفاء أمراض نفسيه معينة . واتبع المبدأ نفسه عام ٠۹۳۷‏
العالم الإيطالي أوغو كير ليتي Ugo Cerletti‏ + حين كان يعمل في جامعة روما لاسبينزا
Roma La Spienza‏ ؛ حين استخدام الكهرباء بدلاً من الأدوية لتسبيب التوبات» فيما
عر ف بعدئذ بالعلاج بالصدمة الكهربائية Blectroconvulsive therapy‏ .

الرواد في فسيولوجيا الأمراض العصبية والنفسية وعلاجها:
ولترهس (۱۸۸۱ - ۱۹۷۳): إيغاس مونيز 181/4(‏ 1400( أوغو كيرليتي (AAT - MAW)‏
حصل الأولان على جائزة نويل عام S484‏

£V.

آ. د. وليد المعاني

استخدم العلماء في خمسينيات القرن أدوية لعلاج انفصام الشخصية . كما استخدم
دواء القاليوم Valium‏ لأول مرة في السبعينيات لعلاج القلق النفسي وأمراض نفسية
كثيرة. olay‏ منظمة الصحة العالمية من الأدوية الأساسية . اكتشف القاليوم العالم
البولندي ليو ستيرنباخ Leo Sternbach‏ عام ۳ . وكان الدواء الأكثر مبيعًا في
العالم بين عامي 385 YAAY‏ . ومن اكتشافات ستيرنباخ الأخرى : ذواءا الليبريوم»
cO gale Al,‏ وغيرهما.

كان الاكتئاب النفسي من الأمراض التي أنّرت في الكثيرين من الناس؛ كما دفعت
Cae‏ منهم للانتحار . وقد استخدم العلماء في بدايات الخمسينيات» وعلى رأسهم
العالمان إيرقنغ سيليكوف Erving Silikoff‏ وإدوارد روبيتزيك «Edward Robitzyk‏
دواء إيزونيازيد Isoniazid‏ المضاد للسل في علاج الاكتئاب؛ ونجحوافي ذلك .
واكتشف العالم السويسري رولاند كُون Roland Kuhn‏ عام ۱۹۵۵ مضاذات
الاكتئاب الثلائية اخلقات Tricyclic antidepressants‏ »التي استعملت بنجاح
باهر . كما قامت وكالة الغذاء والدواء الأمريكية عام ۱۹۸۸ بتسجيل دواء پروزاك
«Prozac‏ الذي اكتسح الأسواق باعتباره الحل الأمثل للاكتئاب . ويعزى الفضل في
تصنيع هذا الدواء للعلماء ري فولر Ok ys Ray Fuller‏ مولوي «Bryan Molloy‏
David Wong ESTY‏ العاملين في شركة الأدوية إيلاي ليلي Eli Lilly‏ .

مكتشفا دواء الفاليوم والأدوية الثلاثية الحلقات؛

ليو ستير تباخ (Ye s0- VACA)‏ ؛ و رولاتد كون (uU MT)‏

الا

PEP جهو يرجي‎ AOPE EIEEE EDEDED PEDDIE كنع‎ + VY BE

الوراثة والتكنولوجيا الحيويّة

كان اكتشاف الجينات عمومًا وبيان دورها في الوراثة من أهم منجزات الإنسانية.
فقي عام 1407» أثبت 135 ساتون Walter Sutton‏ أن الكروموسومات تحمل
coUa‏ الورائية. وفي عام ١٤1۹ء‏ قال أوسوالد أقري Oswald Avrey‏ إن الصفات
الوراثية محمولة في الْحَمُض النووي للخليّة . كما أنتج ستيوارد F.C. Steward‏ عام
140A‏ جزرة كاملة من خلية جذر. غير أن هذا الإنجاز لم يكتمل إلا حين اكتشف
العالمان» البريطانى فرانسيس كريك Prancis Crick‏ وزميله الأمريكى جيمس
واتسون eS Watson‏ عام 40¥\ الإهليل (الحلزون) المزدوج ال النووي
(الدنا A3 4. (DNA‏ ساعد هذا الاكتشاف في فهم كيفية por‏ هذا الحمض الصّفات
الوراثية . وكرم هذان العا لمان منحهما جائزةَ نوبل عام ٠ . 1۹1١‏

مكتشفا تركيية الحمض النووي ؛
قرانسیس كريك (Vf NANT)‏ وجيمس واتسون AATA)‏ ).
حصلا على جائزة نويل في الطب والفسيولوجيا عام NAVY‏

آ ۔ د Ag.‏ المعاني

في عام 1477 أطلق البريطاني جون هولدين John Haldane‏ تعبير الاستنساخ
Cloning‏ لأول مرة. وتمکن العالمان جيمس شاييرو OLL p> James Shapiero‏
بيكُوذ Johnathan Bechwith‏ في جامعة هارقرد من فصل Jal‏ جين عام MM‏ . ثم
من OLS VI‏ مارشال نيرنبرغ Marshall Nirenberg‏ وروبرت هولي Robert‏
Holley‏ بعد ذلك كيفية قيام ا لحمض النووي بتحذيد تركيب اليروتينات Genetic‏
tcode‏ ما ساعد JUI‏ الهندي هارغوبيند خورانا Har Gobind Khorana‏ في صناعة
Ul‏ جين في العالم عام ۹۷١‏ . ومنح هؤلاء BEI‏ جائزة نوبل عام ۱۹٩۸‏ .

مكتشفو الكودة الجينية:
هار ausgi‏ خورانا (1977- )؛رويرت هولي NAY)‏ ۱۹۹۳)؛ مارشال تيرتبرغ (۱۹۲۹- (Y‏
حصلوا على جاتزة نويل في الطب والفسيوئوجيا عام NAA‏

لقد كانت صناعة الجين Age AEL‏ جديد ؛ إذ أصبح بالإمكان عزل الجينات وتغييرها
EER lige esol,‏ الهندسة الورائية Genetic Engineering‏ في تشخيص
الأمراض وعلاجها. كما كن العلماء من تحديد جينات مسيبة Ole LU‏ وأمراض
القلب والسّمئة والأمراض النفسية» وعملوا على تغيير هذه الجينات لعلاج المرض .
a al‏ الهندسة الوراثية في إنتاج الكثير من الأدوية التي كان يصِعُب الحصول

£YY

عليها. وبهذا جرى eee VD EN peus‏
بالغ . RE dn‏ باسکتلند uu e‏
sca cin d Campbell‏ مدير t Ian Wilmut ee oul ad‏ من
SS E. oe ee IR‏
الإنجاز أن الخلية لا يكن أن تنتج إلا نسيجا مشابهًا لذاك الذي أخذت منه؛ لا أن qu‏
Coe Bis‏ جديداً. وفي عام CGE 27٠007‏ التعجة دولى بفعل مرض رئوي .

إيان ويلموت والنعجة دولي.

ع

أ. د. وليد المعاني

الحاصلون على جوائز في الطب والفسيولوجيا

العقد الأول 1١90١‏ ۹۱۰

Emile von Behring‏ مرض الدفتيريا

Sir Ronald Ross

Niels Ryberg Finsen

Ivan Paviov
-——
الات ةر‎
Paul Ehrlich

Ilya Mechnikov

í£vo

197١-191١ الثاني‎ Wass}

Allvar Gullstrand ألشارغولستراند‎ | ۱

۲ |أليكسس كاريل Alexis Carrel‏
الدموية

۳ | شارل ريشيه Charles R. Richet‏ | بحوث فى الحساسية المفرطة

الأذن
1410

بحوث في نقل الأوعية

لم تمنح الجائزة co‏ العالمية الأولى
S. August Krogh‏ | التحكم في الشعيرات الدموية

£V

آ۔ د. وليد المعاني

العقد الثالث ۱۹۲۱ - ٠۹۳۰‏

TI Tem
ا ل ا ر‎

EEE
Sir Frederick Hopkins à
Christiaan Eijkman

¿YY

العقد الرابع ۱۹۳۱۔١٤۹٠‏

Otto Warburg Vays‏ اكتشاف إنزيمات التنفس
Sir Charles Sherrington vary‏ [اكتشاف وظائف النيورونات

ETTTNEUTTRE جس‎ |
ر‎ | were [enn | —

Sir Henry H. Dale‏ | الانتقال الكيميائي فى النبض
un E‏

Albert Szent-Gyorgyi
كورنيل هيمانز‎

"mu" MAYA
مضادات البكتيريا‎ Gerhard Domagk غيرهارد دوماجك‎ yaya

الانتقال الكيميائي في gom‏
العصبي

الاحتراق gaH‏ لفيتامين ج

Corneille Heymans

¥۸

Ads. s.l‏ المعاني

340* -1١94١ العقدالخامس‎

[aie [ee
الحرب العالمية الثانية‎ [os تمن الجائزة‎ 0
"mI
رظاف الأعصاب‎
فلور‎ ;

ص
E‏
te‏
wn‏

ao
re
o

Sir Alexander Fleming \
Sir Ernest B. Chain

+

f

+
a

Herbert S. Gasser‏ وظائف الأعصاب

"emm
mem

التمثيل الغذائي للكربوهيدرات

Paul H. Muller‏ | تأثير مادة دد ت DDT‏ فى الحشرات

484 ولتر هس Walter Hess‏ | التحكم العصبي في الأعضاء
الداخلية

A. Egas Moniz xod‏ | جراحة الأمراض النفسية

لے
FA‏

Bernardo Houssay

0
3
0
1
0
*
5

1۹0۰ إدوارد کندال Edward C. Kendall‏ الكورتيزون
Tadeus Reichstein‏ الكو رتيزون

EYA

الكورتيزون

مكافحة الحمى الصفراء

195٠ 1١98١ العقد السادس‎

Max Theiler

Sclman A. Waksman

Sir Hans Krebs

Fritz Lipmann

خصائص ثيروس شلل SUEY‏

John F. Enders

Thomas H. Weller

خصائص قيروس شال الأطفال

Frederick C. Robbins فريدريك روبنز‎

zl‏ عات الأكسدة

-45

اكتشاف الجراك الدموي للقذي

اكتشاف الحراك الدموي تلقلب

أول من استخدم قسطرة للقلب

تنظيم المادة الجينية في البكتيريا

Axel Hugo Theorell

André F. Cournand

أكسل هوغو ثيوريل

أندريه کورناند

Dickinson W. Richards

George Beadle 140A
Edward Tatum إدوارد تاتوم‎

Joshua Lederberg

تكون ا لحموض الأمينية

*

Severo Ochoa سيقيرو أوتشوا‎

Arthur Kornberg
Sir Frank Macfarlane

Bumet

بيرنيت
ا ا Ae‏

£A*

أ.د.وليد المعاني

العقد الستابع 3413 V4Ve_‏

c

T | تركيب‎ i
ترك حش اوري‎ | nmw | ooe |
اوري‎ yates | Mice wins — [ ome |
ثاة شقا اخليةالمصية‎

HUE‏ سير ألان هودجكين Sir Alan L. Hodgkin‏ | إثارة غشاء الخلية العصبية
mm‏ سير أندرو هكسلى Sir Andrew F. Huxley‏ | إثارة غشاء الخلية العصبية

"UTERE P ES
ا‎
S393! 0 1 +

EEE Forums | waned | |
Bl في كين‎ dad
ee ee |

menm | ede |_|‏ | تارتین کر اشر

George Wald‏ |{ العمليات الكيميائية فى الإبصار

ENT)‏ لمات اياي في لاسا
ي اي
|

| | عادضويتدخورةا
Mesa notes [pede |‏ | الكو
Ambre | ve [|‏ |اتركيبالجينالفروسات ‏
tae [tS ate |‏ مام | تریب المي لشروسات

£A!

198٠ SAV) العقد الثامن‎

Earl W. Sutherland, Jr. 3AVY

AM ساذر‎ Jy!

Gerald M. Edelman‏ |[ التركيب الكيميائي للأجسام المضادة

التركيب الكيميائي للأجسام المضادة

YAVY‏ جيرالد إيدلمان

Rodney R. Porter رودني پورتر‎

avr

Karl von Frisch‏ | التحكم في التصرفات الاجتماعية

Konrad Lorenz‏ | التحكم في التصرفات الاجتماعية

Nikolaas Tinbergen‏ التحكم في التصرفات الاجتماعية

كارل فون فريش
كونراد لورنز

3 u |e ا ا‎
B È a

14¥

AL تر کیب‎ Albert Claude

OM
يستيان دي دوف‎

David Baltimore‏ | علاقة فيروس الورم بجينات الخلية

جورج بالاد
14vo‏

Renato Dulbecco

علاقة فيروس الورم يجينات الخلية

IH علاقة یروس الورم بجينات‎ | Howard M. Temin

ريناتو ديلب
هوارد تيمين

348v

Baruch S. Blumberg‏ | مصادر الأمراض المعدية وانتقالها
D. Carleton Gajdusek‏ مصادر الأمراض المعدية وانتقالها

xj بلومبیرغ‎ ps
x3 كارلتون غادوسيك‎
Roger Guillemin روجر جیلیمان‎ yvy
Andrew V, Schally أندرو شالي‎
i روزالين يالو‎
أربر فل‎ pd

a

AVA

Rosalyn Yalow
inal Nashua
‘ 32 هاملتون سميث‎

vayg‏ ألان كورماك

Alan M. Cormack

Sir Godfrey N. Hounsfield
Baruj Benacerraf

Jean Dausset

George D. Snell

سير 3 5 هاونسفيلد

جين دوسيه

Hamilton O. Smith‏ | الإنرهات والوراثة في الخلية
الطب

Sex
Cc
Cc.
v

de جورج‎

AY

أ.د. وليد المعانى

1440-194١ التاسع‎ AA

Roger W. Sperry
David H. Hubel
Torsten N. Wiescl تورستين ويسيل‎
Sune K. Bergstrém سول بيرغستروم‎
Bengt 1. Samuelsson بيئنغت سامويلسون‎
Sir John R. Vane سير حون فين‎
الأجزاء الورائية المتحركة‎ Barbara McClintock usu Lob
Niels K. Jerne نتيلز جيرن‎
Georges J. F, Kóhler P جورج‎
César Mitstein سيزار ميلست"‎
Michael S. Brown Jyly مايكل‎
Joseph L. Goldstein جوزيف غولدستين‎
Stanley Cohen
Rita Levi-Montalcini

Susumu Tonegawa‏ | الأصول الورائية للأجسام المضادة

ox روجر‎

^

&-
3

ريتا -A‏ مونتالسيني
سوسومو تونغاوا

سير جيمس بلاك Sir James W. Black‏ | أدوية منع رفض الأعضاء المزروعة
غيرثرود إليون Gertrude N. Elion‏ | أدوية منع رفض الأعضاء المزروعة

: :
:

George B. Hitchings
J. Michael Bishop
Harold E, Varmus
Joseph E. Murray

E. Donnall Thomas

جورج t. hw‏
مايكل بیشوپ

wpb هارولد‎

جوزيف مري

m

AY

العقد العاشر ۲٠٠١۱۹۹۱‏

C

INCUN we
PREE
الوراثة وتطور اجنين‎
: پيتر دوهرني‎

لويس إيغنار

ا

Stanley 8. Prusiner 144¥‏ اكتشاف البريونات
Robert F. Furchgott 44۸A‏ | علاقة أكسيد النيتريك GULL‏ الدموي
الويسإيغتارو Louis J. Ignarro | ١‏ | علاقة أكسيد النيتريك yh‏ الدموي

Ferid Murad‏ | علاقة أكسيد النيتريك بالجهاز الدموي
y 3444‏ بلوبل Gunter Blobel‏ | حركة البروتين داخل الخلية
Eric R. Kandel‏ | الإشارات العصبية

Peter C. Doherty 3441‏ الدفاع المناعى للخلية
رولف زنكرناغل Rolf M . Zinkernagel‏ الدفاع المناعي للخلية
يغنا

£A

الفصل التاسع
التكنولوجيا الطبية البصرية

أة. دة. سُرى سبع العيش

Ona | CNR ROMP eed

الأستاذة الدكتورة cé ju‏ سبع العيش

المحتويات

قد هله

من الرواد

تصحيح البصر

PEANT التظارات‎

العدسات اللاصقة

<٠‏ العدسات اللاصقة اللّدنة
العدسات اللاصقة القرنية
العدسات الأكسجينية
العدسات المستهلّكة
العدسات التجميلية

الاختلالات التي تصحح باستخدام العدسات اللاصقة
حسر البصر الشديد

مد البصر الشديد

LAY

تباين الانكسار في العينين
العين اللاعدسية

Calas ty الليزر‎

الليزر في طب العيون

التخثير الضوئي

أمراض العين التي glad‏ بالليزر
علاج اعتلال الشبكيّة الاجم عن الإصابة بمرض السكري
استخراج الساد بطريقة الاستحلاب الضوئي
استخدام الليزر في علاج داء الزرق
الليزر وعلاج أورام العين
جراحة القرنية بالليزر
قطع القرنية بالليزر لتصحيح اختلالات الانكسار
تصحيح البصر مع تحوير سطح القرنية (الليزك)
رأب القرنية الحراري بالليزر لتصحيح مد البصر
الجراحة التجميلية للعين بالليزر

تطورات بارزة في Gilg‏ مختلفة من التكنولوجيا الطبَيّة
التصوير الطبي
الجراحة التنظيرية
الليزر وجراحة العظام
جراحة الجهاز العصبي
تشخيص أمراض القلب والأوعية الدموية
تفتيت الحصى
زراعة الأعضاء

LAA

شرى سبع العيش
أة. ذة. سری سب
الصناعي
ْ كاف اله
خياطة oy Al‏ وإيقاف
المجهر الجراخي
الطب عن بعد

EAA

أة. دة. سرى سبع العيش

w
-

dotia

شهد القرن العشرون قفزات هائلة وفتوحات بارزة في شتى مجالات العلوم
والتكنولوجيا؛ امتدت إلى الحاسوب» وغزو الفضاءء VL ay‏ والطب»
والصناعةء وغيرها . وقد نال ميدان طب العيوان وجراحتها حصته الوافرة من التقدم
بفعل الكثير من المنجزات التكنولوجية المذهلة» التي تحققت على أيدي عدد من الرواد
المبدعين اللتخصصين في ابتداع تقنيات جديدة» وتصنيع أدوات وأجهزة متطورة»
أعادت البسمة والأمل لكثيرين» عبر إعادة البصر لأناس فقدوه أو تصحيح البصر لدى
أشخاص اعترى eA Lai‏ الضعف والخلل.

نبدأ دراستنا هذه بالإشارة OLY‏ الإشادة والعرفان إلى عدد من رواد HAY‏ في مجال

التكنولوجيا البصرية في القرن العشرين . ثم نعرض لعدد من وال uni‏ ار
كالنظارات الطبية والعدسات اللاصقةء ونتناول الاختلالات التي تصحح
بوساطتها. بعدئذل» نتحدث عن استخدام تقنية الليزر في الطب عموماء us‏
العيون وجراحتها وتصحيح البصر خصوصا. كما نخصص جزءا من الدراسة للحديث
عن بعض التقنيات المستخدمة في الطب ؛ مثل التصوير الطبي» والجراحة التنظيريةء
وجراحة الجهاز العصبي» وتشخيص الأمراض وعلاجها .

من الرواد

جوسيه ياراكار

٠‏ ولد في إسبانياء وانتقل إلى كولومبيا في خمسينيات القرن الماضي esu.‏ أن
يسمى أبا جراحة تصحيح البصر. له إسهامات مميزة في تطوير التقنيات الجراحية

eM‏ وفي العمليات الجراحية المتعلقة بالقرنية . كما
عمل على تحسين الخيوط » وصمم الكثير من الأدوات المستعملة في جراحة العين. وما
UU‏ بعض تلك الأدوات يحمل اسمه إلى يومنا هذا. كرس جهوده لعمليات تعديل
سطح القرنية من أجل تصحيح الاختلالات المتعلقة بانكسار الضوء في العين . صمم

£A1

أداة قطع القرنية أو تحتهاء وزرع عدسة في القرنية . وهو واضع الأساس لعملية «أيزك

(LASIK‏ ؛ الشائعة فى أيامنا هذه لتصحيح البصر Poly.‏ إدخال تحسينات على

عمليات قرنية العين» ومارس جراحة العين» وقدم للعالّم الكثير من الاختراعات في
Sa >‏ 0

شارل كلمان

هو مخترع عملية استخراد العدسة التالفة ‏ أي الساد من العين» باستخدام Mer‏
استحلاب العدسة المسمى افاكو؛ عام 1974 . وكان يدخل e‏ أجوف في العين
ينغرس في العدسة المريضة؛ فيفتتها بفعل اهتزازات قويّة صادرة عن جهاز لتوليد
الموجات فوق الصوتية . وفى الوقت ذاته» حلب العدسة المغتعة بالماء المنساب من
ثقوب في all‏ ويشفط المادة المستحلبة REAN y‏ بقوة؛ فتخر - المادة البيضاء من العين»
التي تصبح بدورها شمافة ومنفذة للضوء . لقد شكلت تلك العملية نقلة نوعية بارزة في
del or‏ الع و ارت cl ate ipe oy idi ad ol‏ ال LUN‏
من العين بالاستحلاب .

ولعل من المفيد أن نذكر أن المبدأ الذي تقوم عليه هذه العملية ابتدعه الطبيب العربي
المسلم وجراح العين عمار بن علي الموصلي في القرن العاشر الميلادي؛ حين اخترع
ndi‏ الأجوف» الذي كانت تشفط به مادّة السّاد التالفة بعد تفتيتها با مص .

هارولد ردلي

هو طبيب وجراح عيون بريطاني . ابتدع عام ١9454‏ عملية زرع عدسة بلاستيكية
BI‏ في عين مريض» بعد استخراج الساد منها. وقد سّخر منه زملاؤه في ذلك الوقت .
غير أنه ol,‏ العمل بلا كلل أو ملل ؛ واضعا الأساس ogg‏ ملموسة في مجال تطوير
العدسات المزروعة في العين» بذلها بعض تلاميذه» ومنهم بيتر جويس

£AY

أة. دة. gpa‏ سبع العيش
وپنکهورست . وفى ثمانينيات القرن الماضى » عدت زراعة العدسات في العين عملية
شائعة وروتينية» مصاحية لعملية استئصال الساد أو العدسة المريضة .

لشكل )1.3( : عبن مصابة بانساد «تكثف العدسة البلورية».

AY

الشكل V)‏ . ب) : تكنولوجيا متقدمة في جراحة الساد واستحلايه واستخراجه بواسطة
جهاز الفاكو i‏ الذي ابتدعه أصلاً شارل كلمان؛ علمًا يان فكرة تفتيت العدسة المريضة أو
الساد وشفغطها من العين بدأها واشتغل بها الطبيب العريي المسلم عمار الموصلي في القرن
العاشر الميلادي.

تصحيح البصر

فى بدايات القرن العشرين» كانت النظارة الوسيلة الوحيدة لتحسين الإبصار ؛ تلتها
العدسة اللاصقة بصيغتها البدائية . ولعل الذي أحدث التطور الملموس في هذا المضمار
اكتشاف اللدائن ا مكوثرة في خمسينيات القرن. ومن أبرزها مادة الأكريل» التي تصنع
من المخلّفات النفطية . وهي مادة صقيلة كال زجاج ؛ لكنها أشد قابلية للنحت والصقل
والثني والتكوير. من ناحية أخرى» فهي أخف من الزجاج› وأقل ميلا للكسر
والتشظي Lael.‏ إلى ذلك pl‏ خطورة على الإنسان في حوادث edad‏ والرّض؛
أو حين تتكسر وتتشظى .

cA

أة..دة. سرى سبع العيش

التظارات الطبيّة

ad‏ الإشارة إلى أن العالم العربي المسلم الحسن بن الهيثم SPI‏ مُكتشف
للعدسة في القرن العاشر الميلادي . وتشير المخطوطات إلى أن استخدام النظارات كان
شائعًا في القرنيْن الثاني عشر والثالث عشر الميلاديين» لتصحيح مد البصر
وحّسره. وقد شهد القرن العشرون تطورات ملموسة فى صناعة النظارات الطبية» التي
للدي حاط لمر يجري اوت ال اتد عن م ارو الى
حرج padl‏ واللابؤرية Astigmatism‏ .

وأدخلت على عدسات التظارات تحسبنات كثيرة . فأصبحت ike Ll‏ وأكثر
قابليّة للانضغاط ؛ ما جعلها OVS VELL ihla‏ الشديدة في البصر» من دون أن
bise duc ana‏ وثقيلة الوزن .كما أصبح من الممكن طلاء سطحها يواد
خافظة من الخد والتقيم؛ أو صناعتها من مواد مانعة لانعكاس الضوءء فتبدو أنيقة
صافية . من ناحية أخرى» صنعت عدسات ذات بؤرتين لتصحيح البصر من قريب ومن
بعيد؛ وقد تظهر فواصل على سطحها الأمامي» للدلالة على Lél‏ تصلح للرؤية القريبة
والبعيدة في آن . كذلك» انتشرت عدسات متعددة البؤر ذات وظائف مركبة .

ويُمكن لعدسات col UE‏ الطبية أن تصحح بعض أنواع JGL‏ عند الأطفال؛
ومنها SGI‏ الإنسي التطابقي» الناجم عن مد البصر المتوسط أو الشديد. و في حالة
ا حول Lay‏ الاجم عن حر البصر A‏ الولادي» تؤدي عدسات النظارات إلى
اخعقاء الول ٠‏ طالما يضع الطفل النظارات على عينيّه .كما يُمكن AUS‏ الندساتك
المساعدة في تصحيح الول الشّللي» الذي يسبّبه Jen‏ عضلات العين» سواء كان
CN‏ أو وحشينا؛ E ARA C ene A Cal‏
الشّفع أو ازدواج الرؤية؛ فهو يرى الشيء اثنين. وقد يرتطم بالحواجز أو يسقط عن
tel‏ أو يعرض نفسة وغيره للخطر› c‏ إذا قاد سيارته وهو في هذه الحالة .

£40

الشكل(؟ .ب) : بعد التصحيح بالنظارات اختفى الحول .

£41

أة. دة. سشرى سيع العيش

M abe Serevent ao Tie A

pcm
بواسطة‎ Col rr يصحح‎ SI وفي القرن العشرين» أصبح الكثي رمن حالات‎
. عمليّات سهلة وشائعة‎

وامتدّت عمليات التحسين إلى إطار النظارة. فاعتنت به مصانع البصريات
ومؤسسات التجميل؛ ما أدى إلى توافر أشكال هندسية جميلة من النظارات تلائم
مختلف الأذواق . كما cu‏ العدسات بألوان شتى pond‏ بعض الأشعة الشمسية.
EROR UD‏ عاكسة» كتلك التي تعالّج بها المرايا؛ فغدت لا تكشف عن عيني لابسها .

كذلك» صنعت عدسات مقرابيّة (تلسكويية) توصّف في حالات الإعاقة البصرية
الشديدة؛ فتسهل حركة المريض» وتحسّن بصره ء وتجعله يرى صور الأشياء مكبرة
ومقربة . والعدسة من هذا التوع أنبوب بصري؛ في إحدى نهايتيه عدسة عينية» وفي
الأخرى عدسة شيئية » كما في المقراب (التلسكوب).

العّدّسات اللاصقة
شاع استخدام OL‏ اللاصقة» بدلاً من التظارات الطبية» لتصحيح اختلالات
البصر. ويعود ذلك إلى بعض المشكلات المرتبطة باستخدام النظارات الطبية؛ منها ما
play‏ بتث بتشويه شكل الوجه» أو all‏ في تشكل أثلام أو حزوز حمراء على جسر
الأنف وجداره؛ ومنها ثقل النظارة» وتسبّبهافي الداع والتوتر وتحديد مجال
ee‏ . ولعل أبرز التطوّرات التي شهدها القرن العشرون في تصميم العدسات
صقة وتصنيعها تلك التي قادت إلى استخدام أنواع معينة من العدسات اللاصقة»
vé‏

24۹¥

العدسات اللاصقة اللدنة

Sy‏ اكتشاف مادة الأكريل (بولي مثيل ميثا كريليت) « التي يرمز إليها ea‏ ب
PMMA‏ عام 197١‏ علامة بارزة في مجال تصنيع العدسات اللاصقة اللدنةء التي
انتتشر استخدامها في الكثير من الآلات البصرية والمعدات الطبية. وقد استفاد
المتخصصون من التطور الذي طرأ فى تلك الفترة فى مجال صناعة قوالب الأسنان من
مواد gea tcd‏ قر الي للعين . وكائرا يخرن على القالب ae‏ من ساد الأكريل:
ثم يحمونها فتأخذ شكل القالب؛ ليُصار إلى قطعها وصقلها وتشذيبها.

واتسمت العدسات اللاصقة من هذا التوع بالصلابة وكبّر الحجم . وعابها نتيجة
لذلك عدم توافر الإمكانية لاستخدامها فترات طويلة؛ فكان لا بد من نزعها من العين
باستمرار» وتجديد السائل بينها وبين العين IS‏ ساعتين أو ثلاث ساعات .

العدسات اللاصقة القرئية

كان الأمريكي كيشن تيوهي أول من استخدم هذا النوع من العدسات في مطلع
خمسينيّات القرن الماضي . وكان استخدامها نقطة تول في تاريخ العدسات اللاصقة .
فقد حلت الكثير من المشكلات المرتبطة باستخدام العدسات اللاصقة اللّدنة» نظرا
لسهولة تثبيتها وتداولها وإمكانية وضعها على العين فترات أطول بكثير ؛ إضافة إلى
سهولة صنعها وقلّة تكلفتها. إلا Ol‏ صخر حجمها جعلها آفل GL‏ وأكثر سقوطًا من
الع

العدسات الأكسجينية

شهد الربع الأخمير من القرن المنصرم تطورات هائلةً في مجال صناعة العدسات
اللاصقة وتثبيتهاء اش شترك في إحداثها علماء الفيزياء والكيمياء والهندسة الحيوية
والفسلجة . وشملت تلك التطورات استخدام مواد جديدة في صنع عدسات لاصقة
ذات نفاذية للغازات» وتسمح بانتشار الأكسجين عبر نسيجها بنسب متفاوتة تعتمد

۹۸

أة. دة. eyes‏ سبع العيش
على المادة التي تصنع منها. ومن هذه العدسات ما يدخل في تركيبها السيليلوز وخلآت
الزبد التي تُخلط أحيانًا بالأكريل» والعدسات السيليكونية . ولعل أحدث ما صنع من
العدسات الأكسجينية تلك التي تصنع من مادتي الفلور والفحم» وتُعرف بعدسات
الفلوروكربون . وهى منمّذة للأكسجين بدرجة عالية؛ وتشحمل التغيرات المناخية» فلا
حتفب مهابتاته] keno pokey‏ الدرازة ار الظروف الخوية الأخرى ٠ري‏ سات
القرن العشرين» ظهرت العدسات الليئة المحبة للماء Hydrophilic lenses‏ « التي
تمص الماء ليشكّل ما يتراوح بين ۳۸/ و LAO‏ من وزنها؛ فتكتسب بذلك ليونة
وطراوة. وهي» إلى جانب ذلك» تسمح بانتشار الغازات والمحاليل خلالها؛ وتصنع
بطرق مختلفة» منها النحت بالمكائن والصب في قوالب.

i eNews eis,‏ فمنهاماهو ere‏ ومنهاماهو
ed‏ كنا تر اوها احجانها من sec Me tasas‏ تغطي قرنية
العين وبياضها .

العدسات المستهلكة

يتطلب الاستخدام اليومي للعدسات اللاصقة عناية فائقة فيما يتعلق بنظافة العدسة
Las‏ من المواد البروتينيّة المخاطيّة» التي تترسب على سطحها؛ فتُسبّب التهابات
وقروحا واحمراراً في العين. ومن المشكلات الأخرى التي يجدر ذكرها في هذا المقام
تحسّس العين من اواد المنظفة» التي تحتوي عليها محاليل حفظ العدسات اللاصقة ؛
ر سبع لتحم فر ade lays‏

وقد صنعت عدسات لاصقة رقيقة منقّذة للأكسجين» لطيفة على القرنيّة» يمكن
استخدامها EA‏ أسبوع ؛ ثم تُرمى وتستبدل بها أخرى جديدة . كما ابتدعت عدسات
مستهلكة تستخدم ey‏ واحدا فقط؛ وذلك لقطع دابر الاختلالات الناجمة عن
استخدام العدسات اللاصقة .

£44

العدسات التجميلية

ad‏ عدسات بصريّة ملونة يستخدمها البعض للزينة» ولتغيير لون عيونهم إلى
الأخضر أو الأزرق. وقد يستخدمها آخرون لإخفاء عيب في العين» وجعل العين
المشوهة تبدو كالسليمة. كذلك» قد تكون العدسات لعي LR‏ أو cad‏ أو
منفذة للأكسجين . ويتعين نزعها عند النوم وتنظيفها وتعقيمها Che ge‏

الشكل ( آ): عدسة قرتية صلبة.

الشكل 9(‏ ج): عدسة صلبة كبيرة تغطي JS‏ العين .

الشكل (Y)‏ أنواع العدسات اللاصقة .

م6١‎

الاختلالات التي تصحّح باستخدام العدسات اللاصقة
تستخدم العدسات اللاصقة لتصحيح الكثير من اختلالات البصر؛ لعل أبرزها :

حسر البصر الشديد

إذا عولج هذا الخلل باستخدام النظارات الطبية» OP‏ عدساتها تكون سميكة
ومقعّرة» وتشوه شكل الوجه لأنها تصمّر العينين. كما تصقر صور الأجسام BAN‏
وتحدد مجال الرؤية لما يصاحب استخدامها من آثار موشورية € فلا تكون الرؤية جيدة
إلا عند مركز العدسة . من ناحية أخرى. لا Ray‏ مستخدم النظارة المصاب بهذا العيب
البصري من تحريك عينيه» إلا أن يحرك رأسه. أضف إلى ذلك أن JS‏ حركة تعني
اضطرابا في الرؤية وتشوها في الصورة .

Ul‏ العدسات اللاصقة»ء فتصحح بكفاءة عالية حسر البصر الشّديد الاجم عن فرط
في طوك ايحور Axial myopia deal gil. pV‏ « وحسر en‏ لاع عن قرط
ان i‏ ة العين Curvature myopia‏ ¢ فد فتحسن الرؤية EE.‏ في مثل هذه
Jar) 4 co JU‏ أن استخدام العدسات اللاصقة من جانب الأطفال» الذين يعانون
من حسر البصر الشديد» ينع ظهور St‏ الوحشي » ويؤدي إلى استعادة الرؤية
المتكاملة بالعينين معأ Single binocular vision‏ ويرى مختصون أن استخدام
العدسات اللاصقة في سن مبكرة من شأنه أن يوقف التردي المستمر في حسر البصر؛
خاصة إذا كان شديدا.

مد البَصّر الشديد

تمتلك النظارات الطبية المستخدمة في تصحيح هذا IE‏ عدسات محدبة سميكة
Cols te‏ في مركزها. وتبدو من خلفها العين كبيرة c‏ والأشياء مكبرة ومحدبة
Drs. opel‏ ما تتسبّب في puta‏ وتوثّر» وتُحدث Ol‏ وحزوزا حمراء على
جسر الأنف وة آنا Sa dI obs as‏ صقة» التي ينصح باستخدامها لعلاج هذا

أة. دة. سرى سبع العيش

العيب البصري» فتجعل مستخدمها يستعيد شكل وجهه الطبيعي وبصره؛ دونما ثقل»
اشر أو تضيق في مجال الرؤية» أو تحديد في حركات العينين.

تبايّن الانكسار في العيّنين

حين يكون هنالك فرق كبير بين قوة الانكسار في العينين» فذلك يعني صعوبة التحام
العنوري qu. qu c erint od A‏ ا Lt‏
ا NODI P‏
ويحدث التشويش البصري المسمى الشفع أو ازدواج الرؤية.

وفي حالات أخرى» تكون إحدى العينين طبيعية والأخرى مصابة بمد بصر شديد؛
فترى الأشياء مكبرة كثير! . عندهاء يحدث التشوه البصري المصحوب بالزيغ أو ازدواج
الرّؤية ؛ إضافة إلى الصداع والإجهاد.

وإذا كان المصاب طفلاً لم Foe at‏ بصره. أدّى ذلك إلى كسل بصري في العين
المصابة بسوء الانكسار الشديد؛ وبدا الأمر وكأن الدماغ يستثني تلك العين من ذاكرته .
فلا يعود يستقبل الأخيلة الواردة منها؛ الأمر الذي يصيبها بالعمى الوظيفي .

وتعالج العدسات اللاصقة هذا العيب عبر تقليل الفروق في الحجم بين الصورتين
المرئيتين بالعينين السليمة والمصابة؛ لأنها أقل تكبيراً حبن تكون مقربة» وأقل تصغيراً

حين تكون مبعدة .

العين اللاعدسية

العين اللاعدسية تسمية تُطلق على عين فقدت عدستها البلورية» بسبب استخراج
الساد منها » أو انقلاع العدسة» أو انزياحها حلف الحدقة . وفي هذه الحالات» يعتمد
الانكسار على القرنية فقط ؛ فتتّسم العين بالضعف البصري الشديد» وتصاب J£‏
spat‏

ويمكن استخدام النظارات الطبية» لتستعيد العين قدرتها على تقريب صور الأجسام
المرئية من شبكيتها؛ وتكون عدسات تلك النظارات سميكة ومقربة . ويعاني مستخدمها
من ثقل التظارات» وضيق مجال الرؤية ؛ إلى جانب رؤية الأشياء مضحّمة . أضف إلى
ذلك بشاعة شكل الوجه خلف تلك العدسات؛ خاصة عندما تكون للشخص عينان
لاعدسيتان . أما عندما تكون ثمة عين واحدة c aae Y‏ فعندئذ تستحيل الرؤية بالعينين
معا نظرا للتباين الشديد في قوة الانسكار بين العيئين السليمة واللاعدسية .

الشكل (E)‏ : عدسة مصححة لسوء الاتكسار c‏ مزروعة في البيت الأمامي .

وفي coda tall‏ تصحح حالة العين اللاعدسية باستخدام العدسات اللاصقة»
لتجنب المشكلات المرتبطة باستخدام النظارات . ومن الطرق الأخرى المستخدمة في
علاج هذا الخلل البصري زرع العدسات المصحّحة جراحيًا ؛ فقد Ey‏ عدسة على

أة. دة. سرى سبع العيش
القزحيّة تبت جراحيا في محيطها بواسطة كلأبتين» أو تزرع عدسة في السّدى القرني
«gl‏

وثمّة وسائل جراحيّة تستخدم لتصحيح البصرء من خلال معالحة سوء
الانكسار. ومنها نذكر: الإبادة الضوئية بليزر إكسايمر؛ وقطع القرنية المصحوب بالإبادة
الضوئية بليزر إكسايمر؛ وعلاج القرنية بالليزر الحراري لتصحيح مد البصر؛ وزرع
حلقة لدنة في محيط القرنية ؛ وحقن مادة جيلاتينية في نسيج القرنية بشكل حلقي؛
وزرع العدسات . f‏

ب بعد وضع العدسات اللاصقة الملوتف اختفى الحول؛ وصغر البؤبؤ i‏ واستقام اليصر i‏ ولم يعد
وهج الضوء يؤذي العين .

الشكل )0( : عدسات تجميلية ملونة ومبصرة .

601

٠دة.‏ سر سبع العيش

الشكل (1.5) : عبن مصاية بالبرص. ويبدو Fadl‏ أحمر؛
والمريض يشكو ضعف البصر colas‏ الضوء.

الشكل ca)‏ ): صححت العين بعدسة لاصقة ملونة مبصرة؛ فأصبح انعكاس البؤيؤ بلون

الشكل (17): العين اليسرى مصابة بالحول وكثافة في القرنية؛ مع بروز ملحوظ في العين. وهي
فاقدة للرؤية كليًا.

الشكل 7(‏ ب): غطيت العين بعدسة لاصقة تجميلية ملونة؛ ويالطبع غير ميصرة .

atA

أة. دة. سرى سبع العيش

الليزر والطبً

يعد توليد أشعة الليزر واستخدامها في ميادينَ حسّاسة. كالصناعة والحرب
والطب؛ فتحًا Gale‏ بارا . وتنجم طاقة الليزر عن إطلاق حزم شعاعية قوية متجانسة
ذات أطوال موجية منتظمة؛ تتراوح من موجات قصيرة » ضمن طيف الموجات فوق
البنفسجية VAY)‏ نانومترا)؛ إلى أخرى متوسطة الطول» ضمن موجات الضوء المرئئ
et te MCRD sess tale bles WH gl Aa Ee)‏ ا
آلاف نانو متر). وتختلف أشعة الليزر عن الأشعة الضوئية العادية فى أن الحزمة
S pall‏ لأشعة الليزر متماسكة ومتوازية ومتجانسة. pall AY 3 ul‏ ية Dall‏
فتتبعثر الأشعة الجحانبية» وتبتعد عن موازاة الأشعة المركزية . l‏

كان ميمان أول من ولد أشعة ليزرء مستخدمًا حجر الياقوت الصناعي عام 195٠‏ .
وكانت الموجات من الضوء الأحمر المتجانس بطول 594,7 نانومتر . وبينت التجارب
التي أجريت عام ١19751‏ على عيون الحيوانات أنه يكن الاستفادة من أشعة الليزر في
التخثير الضوئي. وفي عام «SY‏ بدأ استخدام ليزر الياقوت في علاج أمراض
العين؛ التي تتطلب تخثقيرا C a‏ للجروح والشقوب والأوعية الدموية
التازفة . وصنعت أجهزة مختلفة لتوليد أشعة الليزر. وفي code ball‏ تكثر أجهزة
الليزر التي تستخدم مواد مختلفة لإطلاق موجات ذات أطوال مختلفة؛ ومن ثم طيف
واسع من الألوان.

يؤدي شعاع الليزر أغراضا طبية شتى : من حرق وكي وتخثير qs‏ و تحوير وتبخير
واجتثاث وتبديد؛ إضافة إلى التشخيص والتصوير والتهديف . والجدير SUL‏ أن أشعة
الليزر هي أقرب إلى الأشعة الضوئية العادية ؛ فهي ليست كالأشعة السينية أو الكونية أو
أشعة غاما الخطرة. إن أشعة الليزر أشعة غير مؤينة؛ ولا يُخشى من الإصابة بالسّرطان
M n‏ لها. غير نها قد تؤذي الشبكية أو أجزاء العين الأخرىء إذا ages‏ إلى
العين مباشرة» وبصورة خاطئة» من دون قصد المعالجة .

الشكل (A)‏ : تصحيح مد البصر بالليرر الحراريء
الدوائر البيضاء الصغيرة تمثل الحروق الكاوية التي أحدثها الليزر في المناطق الملحيطية من
القرنية: من دون أن يمس المناطق المركزية منها.

الليزر في طب العيون |

كانت أمراض العين Lol‏ عولج من الأمراض بالليزر عام VATY‏ . فقد استخدم
ليزر الياقوت في تخثير العروق الدموية التازفة» ورتق جروح الشبكية وثقوبها؛ وذلك
U‏ تتمتع به العين من قدرة على تجميع الأشعة في بر حارقة واضحة على
الشبكية . والجدير بالذكر OF‏ جراحة الليزر جراحة ناجعة وآمنة في آن . وهي» إلى
جانب ذلك» أسرع وأقل تكلفة إذا قورنت بالجراحات التقليدية؛ إضافة إلى Sf‏ بإمكان
أشعّة الليزر الوصول إلى أجزاء من العين لا يكن بلوغها بالوسائل الجراحية
الأخرى . ولا حاجة هنا إلى تأكيد أن العلاج يكون أكثر نجاعة وفاعلية إذا كان في وقت
مبكر من اكتشاف المرض .

at‏ جوانب متعدّدة للعلاج بالليزر ؛ منها : كي العروق الدموية وتخثيرها؛ وقطع
الأغشية؛ وإزالة التليفات ؛ والحرق والتبخير . ومن المهم الإشارة إلى المزايا الأساسية
الآتية عند الحديث عن العلاج بالليزر :

# النجاعة والفاعلية عندما تعجز الوسائل الأخرى؛

o e‏ النزف» وسرعة pled‏ الجروح ؛

» عدم حدوث التهابات ثانوية؛

ols

أ3. دة. سُرى سبع العيش
# توفير الوقت والمال؛
+ عدم الحاجة إلى تخدير eple‏ أو فترة نقاهة» أو إقامة في المستشفى .

التخثير الضوئي Photocoagulation‏

تطلق أشعة الليزر حرارة عند ت تبثيرها في نقطة على الشبكية؛ فتكوي العروق
الدموية وتخثرهاء وترتق الجروح والثقوب فتلحمها وتسدها. كما يكن استخدامها في
إحداث ثقب في القزحية الواقعة في مقدمة العين . والحدير بالذكر أن لكل لون من ألوان
alld‏ المي و الح صا sae da a‏ الجر ليم
podido‏
اا qc a cM. I‏
الشعاع الأخضر العروق الدموية في المناطق المركزية من الشبكية» القريبة من اللطخة
الصفراء . ولأنه ذو طول موجي OST‏ فهو أعمق أثراء ولا يوذي الصباغ الأصفر الذي
تحتوي عليه الخلايا المركزية للشبكية في منطقة اللّطخة الصفراء» المسؤولة عن حدة
G, pel‏ الشعاع الأزرق» فيعالج المناطق المحيطية من الشبكية؛ إذ يمتص من الطبقة
الظهارية الصباغية في الشبكية . يُطلق حرارة تؤدي إلى تكون بقع صغيرة مبعثرة على
سطح الشبكية» على شكل أشبه ما يكون بالوشم .

أما ليزر الكريبتون» فيولد شعاعًا أحمر بطول موجي يبلغ (re gU VEV‏ . وهذا
الشعاع لا يمتص من الدّم؛ ويصل إلى الطبقة الصباغية الأكثر عمقًا في الشبكية؛
a‏
لبي 1 :

03

أمراض العين التي تعالج بالليزر

يستخدم الليزر في عسلاج الكشير من أمراض العين» وتصحيح اختلالات
البصر . ومن تلك الأمراض: اعتلال الشبكية الناجم عن الإصابة بمرض kon‏
وانسداد الوريد المركزي في الشبكية ؛وتمرّق الشبكية أو حدوث ثقوب فيها؛ DT‏
العروق الدموية في المشيمية وتكن الل “ul yy Sadana catty 4 dj eS‏
العين ؛ وداء الزرق؛ واستئصال الساد . أضف إلى ذلك استخدام الليزر في إجراء
i=l di‏ التجميلية للعين» وتصحيح اختلالات الانكسار.

وسنتناول كيفية علاج بعض هذه الأمراض والاختلالات بشيء من التفصيل في
الجزء التالي من هذه الدراسة .

7
r-

الشكل )4( : رسم يبين كيفية تصحيح الليزر الحراري لك البصر .

01۲

- أة. دة. i yea‏ سيع العيش

علاج اعتلال الشبكية الناجم عن الإصابة بمرض iOS aal‏

حين يصاب شخص بهذا الاعتلال» يحدث خلل يصيب جدر العروق الدموية في
الشبكية من شرايين وأوردة وشعيرات؛ فتحدث توسعات في هيئة أمّهات دم تبدو على
شكل نقط نزفيّة » وحين تنفجر LED‏ تكون بقعنا نزفية . وتخرج محتويات المصورة
الدموية من الدهون» مسببة ارتشاحات دهنية . ويؤدي انسداد العروق الدموية»
وعجزها عن إيصال الغذاء عبر الدم» إلى فقر دم في نسيج شبكية العين. وهذا من شأنه
أن Gow‏ على إطلاق مواد كيميائية تعمل على توليد عروق دموية جديدة» تنتشر على
سطح الشبكية في المناطق الطرفية للعروق الدموية المنسدة» وتبرز على سطح قرص
العصب البصري. C‏ لهشاشة جدر العروق الدموية الجديدة. LEP‏ تحدث نزوقًا
دموية متكررة على سطح الشبكية قد تُمتص؛ فتنسل إلى داخل العين» لتشكّل غشاء
فوق الشبكية . من ناحية أخرى» قد ينجم عن ذلك حدوث نزوف صاعقة في المائع
الزجاجى» تخطف البصر بصورة مفاجئة . ومن المضاعفات الأخرى الممكنة فى هذه
UPS‏ اعتلال الشبكية التكاثري» الذي يكون فى هيئة عروق دموية ؛ SHEET‏
تؤذي الشبكية؛ إضافة إلى اختلالات al‏ خطورة» مثل انفصال الشبكية وضياع
البصر. ويعدٌ الليزر علاجًا ناجعًا لهذا الاعتلال وما قد ينجم عنه من مضاعفات؛ إذ
يزيل البقع A gli‏ والارتشاحات الدهنية» والعروق الدموية الهشة» ومايرافقها من
نزوف وتليفات .

استخراج الساد بطريقة الاستحلاب الضوئي Photophacoemulsification‏

يرجع الفضل في استخراج السّاد باستحلاب العدسة إلى جراح العين المبدع شارل
كلمان . وفي بادئ الأمر» كان ذلك يجرى باستخدام الموجات فوق الصوتيّة . إلا أن
الصدمات الاهتزازية المصاحبة ذات تأثير سلبى فى بطانة القرنية» والمحفظة الخلفية»
والقزحية . من هناء أدخلت جراحة استئصال CI‏ بالاستحلاب والتبخير باستخدام
الليزر. ولا بد من الإشارة إلى مزايا التقنية المذكورة» التي تتمثل في ii‏ حرج البصر
الاجم عن خياطة الجرح» بعد استخراج الساد؛ وقصر فترة النقاهة» بعد الخضوع

oM

للعملية؛؟ وصغر الجرح المتكون جراء العملية .

لقد نشر تروكل وآخرون عام ۱۹۸۳ تقريراً حول استخدام الليزر القاطع e‏ الذي
يولد موجات فوق بنفسجية بطول موجي مقداره VAY‏ نانومتر في جراحة العين By.‏
ee‏ فاتضح أن أشعة
الليون كد الماة من دون أن يكون ذلك مصحويًا بحدوث تفحم . وقام ماغوين ورفاقه
بتبديد ۸ عدسات بلورية مصابة cob‏ باستخدام ليزر يولد أشعة بطول موجي مقداره
۸ نانومترات» gpd‏ من ليف ضوئي قطره ٠٠١‏ ميكرون. وبيّنت co ell‏ أن تبديد
الساد الواحد يتطلب طاقة تتراوح بين Wy ٠١‏ جولاً» عندما تكون المسافة الفاصلة بين
اليف الضوئي والنسيج المراد تبديده ملمترا واحدا.

ومن بين العلماء الذين كان لهم دور في إجراء التجارب المتعلقة بجراحة الساد:
تسوبوتاء الذي أوضح قدرة الليزر النابض على تبديد عدسة مقتلعة حديئًا من عين
sl‏

واليوم أصبحت جراحة الساد بالليزر شائعة الاستخدام . وامتدّت لتشمل تطبيقات
واسعة؛ منها: تقطيع الساد ؛ وقطع الخيوط القرنية أو الحوفية؛ وقطع المحفظة الخلفية؛
وتبديد الساد؛ واستقصاء وظائف الشبكية.

استخدام الليزر في علاج داء الزرق Glaucoma‏

يتضمن علاج الزرق بالليزر قطع الصلبة بالليزر؛ إذ eda‏ من داخل العين من دون
إدخال أدوات فيها. وفي العادة» تطلق أشعة الليزر على شكل نبضات للتقليل من
الآثار الجانبية المحتملة . وفي حالات cus SI‏ تقطع الصلبة بالليزر من خارج العين» بعد

إحداث سديلة في الملتحمة.
وقد تقب القزحية بالليزر لعلاج الزّرق الحاد. وهنا يستخدم ليزر قاطع
ومبدد» وليزر کاو ومخثر.

ait

أة. دة. سرى سبع العيش

الليزر وعلاج أورام العين
تشتمل أورام العين المعالّجة بالليزر على أورام الشبكية » وأورام المشيمية؛ وأورام
العروق الدموية في الشبكية .

وتعالج بالليزر أورا م العين الخبيثة الصغيرة الحجم؛ مثل : أورام المشيمية» وورم
أرومة الشبكية؛ وكذلك الأورام الحميدة المسببة للأمراض. مثل الأمراض الوحمية في
aes]‏

وليس ثمة خخطورة تنجم عن معالحة الأورام الداخلية في العين باستخدام الليزر yı.‏
أنه قد تحدث أحيانًا نزوف في الجسم الزجاجي» وتلبغات تؤدي إلى التصاق الشبكية
sb‏ ئع الزجاجي ؛ كما قد تدمو عروق دموية على سطح الشبكية .

من ناحية Ke cg‏ الاستفادة من أشعة الليزر بوصفها علاجًا Gels‏ لإبادة بقايا
الأورام» التي سبق أن خضعت للمعالجة الشعاعية .

جراحة القرنيّة بالليزر

كانت أمراض العين التي بدأ الأطباء علاجها بالليزر عام ١977‏ هي أمراض
الشبكية . وفي السنوات المتبقية من القرن العشرين» سخر الأطباء بحوثهم وجهودهم
لعلاج كل أنسجة العين» واستقصاء أمراضهاء وقياس وظائفها . فكان أن نقلوا العلاج
من القسم الخلفي في أعماق العين» حيث الشبكية؛ إلى القسم الأمامي للعين» حيث
لالس لحر وير اسراف الى بكار نيا لد ao‏ التي
بالليزر: جراحة تصحيح اختلالات الانكسار باستخدام تقنية التبديد الضوئي
10 بالليزر ged‏ ليزر Excited Dimer = Excimer Ls}‏ الذي
يمكنه نحت شكل عدسة من قرنية العين من دون أن يُخرج أي نسيج منها. ويوصف هذا
الليزر بأله سكين قاطعة ناحتة خفيّة تتخالص من بعض نسيج القونيّة بالتكسير الكيميائي
الضوئي »الذي يفكّك الربط بين الجزئيات ويبخرها. وفي تقنية ليزر إكساهر» تسخر
أشعة ليزر ذات أطوال موجية تتراوح بين VAY‏ 26 35470 باستخدام مزيج من

00

dU نانومترا » يُحصل عليها باستخدام مزيج من‎ TO) الآرغون والفلور؛ و‎ GL
الزينون والفلور. وكان تروكل أول من أجرى عملية لإبادة ضوئية على قرنيات عيون‎
وقد لاحظ اختفاء أجزاء صغيرة من القرنية مع كل نبضة ليزر‎ . ١1187 العجول عام‎
VAY تسلّط عليها. وأثبتت التّجارب أن الليزر المولّد لأشعة ذات طول موجي مقداره‎
تُجرى‎ OLIN الدّقة والرّشاقة‎ EU إحدانًا للأذيات الجانبيّة . واللافت‎ BY نانومترا هو‎
. بهما إبادة الطبقات السطحية » التي تخضع للقياس والمعايرة‎

وفي عام ۱۹۹۰ء۰ بين زيلر أن الإبادة التي حدثها الليزر في القرنية ما هي إلا تجوير
للنسيج القرني » عبر تفكيك الروابط بين ذرات الكربون؛ ما يؤدي إلى تبخر النسيج
على شكل غاز . ونظرا OY‏ نبضة الليزر قصيرة جدا لا يتعدى Lgl gh‏ خمسين نانوثانيةء
ولأن نفاذها في الأنسجة لا يجاوز Y‏ ميكرونات » فإن الحرارة المنقولة بواسطتها تكون
من CAI‏ بحيث لا تؤذي الأنسجة المجاورة للجرح بمسافة أبعد مما يتراوح بين ”, ٠‏
0 » ميكرون. لذلك» GL‏ لايخشى على القرنيّة من التلف أو عدم NEW‏ بعد
معالجة اختلالات الانكسار € مثلما يحدث في عمليات القطع الشعاعي للقرنية
Radial keratectomy‏ . وعليه؛ OP‏ من الممكن إجراء وير في Mesi‏ القرنية الأمامي
باستخدام ليزر إكساير لتغيير قوة الكسارها.

ولتصحيح حسر البصرء يسطح القسم المركزي المحدب من القرنية ؛ فينحت الليزر
كمية معبنة من نسيج القرنية على شكل قرص مركزي .

011

TEE‏ سبع العيش

الشكل )1١(‏ : زرع حلقة بلاستيكية لدنة في محيط القرنية :
يُسطح انحناء القرنية؛ فيعالج قصر البصر.

أما في حالة تصحيح مد البصرء فيّزاد تحدّب القسم المركزي من القرنيّة ؛ فینحت
الليزر نسيج القرنية على النحو المطلوب. وتجدر الإشارة إلى أن الليزر في جميع
الحالات يجب أن يكون ler‏ بدقة بالغة » Oly‏ يكون إطلاقه للأشعة دقيقًا ومنتظما .

فقبل الشّروع في المعالجة» c‏ الحاسوب الملحق بجهاز الليزر المواصفات
والقياسات الصحيحة؛ واسم المريض ؛ وجهة العين المراد تصحيحها؛ ودرجة حسر
البصرء وما يرافقه من حرج البصر؛ ومقدار قوة الانكسار للقرنية» مقدرا بالكسيرات
65 وقطر الدائرة المركزية للقرنية» المراد إجراء التصحيح عليها؛ والمنطقة التي
يجب أن ينتهي التصحيح بها . وبناء على ذلك» يحسب الحاسوب كمية الأشعة اللازم
إطلاقها من جهاز الليزرء والزمن الذي سيستغرقه تصحيح حسر البصر أو مده أو
حر جه .

01¥

وهنا لا بد من التنبيه على أنه حين ELL Las‏ لا مجال لتعديل أي من العيارات أو
القياسات التي أدخلت إلى ذاكرة الحاسوب »ولا سلطة للجراح في تعديل قوة الأشعة

أو فترة إطلاقها؛ بعكس ما هو مألوف في أجهزة الليزر الأخرى التي تعالج بها أمراض
العين المختلفة .

الشكل (MV)‏ : رسم يبين كيف (yard‏ تحدب القرنية:
بعد زرع الحلقة اليلاستيكية في محيط القرنية .

OA

أة. دة. سرى سبع العيش

قطع القرنية بالليزر لتصحيح اختلالات الانكسار

Photo-Refractive Keratectomy (PRK)

قبل إجراء هذه العمليّة» يجب فحص العين فحصًا دقيقًا للوقوف على درجة
التتصحيح المطلوبة؛ والتأكد من عدم وجود التهابات في العين» أو تقرحات في
القرنيّة» أو ارتفاع في ضغط العين» أو إصابتها بالزرق أو السّاد. وإذا وجد أي من هذه
tl MI‏ وجب علاجه أؤلاً قبل إجراء التتصحيح بأشعة الليزر . من ناحية
أخرى» يجب إجراء التصوير الطبقي للعين للوقوف على dat‏ الانحرافات فيها؛ فإذا
بين التصوير وجود حَرّج بصر غير منتظم» فلا يجرى مثل هذه العملية لأن إجراءها
عندئذ يزيد الوضع سوءا .

والجدير بالذكر أن عمليّة تصحيح الانكسار لا تتطلب أكثر من تخدير سطحي
موضعي للعين باستخدام قطرات مخدرة. بعدهاء يستلقي المريض على طاولة
العمليات ورأسه ثابت وفي وضع Ra‏ ولا بد من ثبات عيته في أثناء TAL‏
بتركيزها على هدف ضوئي في جهاز الليزر مراقبة من الجراح . وتزاح الطبقة الظهارية
عن قرص مركزي قطره بين و8 مليمترات UL‏ معدنية غير حادة؛ أو تنزع باستخدام
الكحول ذي التركيز /٠١‏ ؛ أو تزاح بواسطة فرشاة صغيرة تدور CSS‏ فتسحج الطبقة
الظهارية بشكل منتظم . بعد ذلك» يركز ضوء الليزر على نقطة اتتصاف البؤبؤ»ء ويكون
سطح القرنية (GL‏ ويمكن ترطيبه بماذة لرجة؛ ثم يبدأ إطلاق أشعة الليزر المبددة
لنسيج القرنية . وتستغرق العملية بين ٠١‏ ثوان و١1‏ ثانية» وفق كمية النسيج المطلوب
تبديده» تبعًا لدرجة اختلال الانكسار.

وبعد العملية» لا ضرورة للبقاء في المستشفى ؛ ولا حتى لتضميد العين . ويكتفى
بوضع عدسة A‏ على العين» ريشما يندمل سطح القرنية ويتغطى كله بالغشاء
الظهاري. وتعالج العين بقطرات من مادة مانعة لنمو الجراثيم ومضادة للالتهابات» مثل
الستيروئيدات .

015

تصحيح البصر مع تحوير سطح القرنية (الليزك)

Laser In-situ Keratomilusis (LASIK)

في هذه العملية» يصحح ell pes‏ سل اش الليور على spt OAS‏
القرنية» بعد قطع سديلة من القرنية بسماكة oy Soo ٠٠١‏ تظل عالقة بسويقة محيطية
على القرنية . وبعد الانتهاء من تعريض القرنية لأشعة الليزر» وتبديد ما يشبه العدسة
المصححة في القرنية» يُغْسّل السطح من UM‏ النسيجي المحروق» وتردٌ السّديلة في
القرنية إلى مكانهاء وتثبَّت أطرافها. بعدئذ» توضع في العين قطرات مضادة
للالتهابات؛ ولا تضمّد العين» ولا حاجة إلى إغلاقها . إلا أن المريض يحذر من فرك
عينه بيده» لثلا ينزاح قرص القرنية عن موضعه. واللافت أن الألم المصاحب لهذه
العملية يكون طفيقًا أو معدومًا؛ OY‏ الطبقات السطحية من القرنية لم تُحرق بالليزر»
ولأن غشاء القرنية الظهاري بقي ليما ولغ يمس.

(zelus هذه العملية » يعسن البصر ويستعاد سريعا: ومين الفخلية‎ sl pr] ery
خاضة فر جالات اخعلال الأتكبار التوسط والشديد .ولا تتعرض القرنية بعدها‎
للتليف أو اتيم > كما يحدث أحيانًا في عملية قطع القرنية بالليزر لتصحيح اختلالات‎
. PRK الانكسار‎

as‏ عملية الليزك عملية كُبرى» مقارنة بعمليّات التصحيح البسيط للبصر بالليزر.
فهي تتطلّب قطع شطيرة من القرنية بالقاطع الميكروني؛ وهي بذلك أخطر وأدق وأكثر

ولا بد من التأكد من تمركز المعالجة بالليزر على المنطقة المركزية المتوسطة في القرنية ؛
إضافة إلى الحرص على عدم دخول مواد نثارية أو خلوية بين السديلة وما تحتها من
o‏ القرني. فإن دخلت» فلا بد من إزالتهاعن طريق غسلها بالمحلول
d ied‏ خن . كما يجب colo a 0 45$ VT‏ على ae JE‏ الداعلي Ac‏ وأن تنطبق
خراف TERCER‏ تمامًامثلما كانت قبل القطع» ومن دون أي
انزياح» مهما كان Gib‏

وقد يصاحب إجراء عملية الليزك التهاب خمجي ناجم عن Ont‏ جرثومي؛

oy:

أة. دة. مترى سبع العيش
لذلك؛ ينصح باستخدام القطرات الصادة للجرائيم» قبل العملية وبعدها بأيام. كما قد
يحدث حرج بصر غير منتظمء بسبب تجافي التصحيح عن مركز القرنية . أضف إلى
ذلك احتمال انقلاع السديلة القرنيةء وعدم انطباق حوافها على حواف القطع في
القرنية؛ الأمر الذي قد يؤدي إلى تأر الالتنام؛ وما ينجم عنه من التهابات أو حرج
بصر أو تغيم في القرنية .

وباستطاعة أشعة الليزر الصادرة من جهاز ليزر إكسايمرء بطول موجي مقداره ۱۹۳
نانومترا » تباديد أجزاء من القرنية يمكن ضبطها iia ea‏ ور
أحديذابها poy nn pls lI Ls Jae‏ اوت السام الا ن
الليزك: حدوث تراجع في التصحيح بعد العملية بفترة. ووجد أن أغلب حالات
التراجع يحدث عند إجراء العملية لتصحيح حسر البصر الشديد .

الشكل )11( : حقن Bala‏ جلاتينيّة في قرنية العين.

01

الشكل )١١(‏ : رسم يبين مسار الحلقة البلاستيكية ضمن نسيج القرنية.

oTY

LOL LED FERE‏ سه رمح عمد كوم را ريه LC EE ELLIE ILE P EERE‏ راع DEPLETE REALE PLEAS PERDE FL EI EPIL I EAIA NITIES‏ أ3.دة. سرى سبع العيش

الشكل )1( : جهاز ليزر يعمل بغاز الآرغون لعالجة أمراض الشبكية.

DEDOS GEI

الشكل )10 .1( صورة قاع العين في حالة اعتلال الشبكية السكري.
واتدوائر البيضاء الصخيرة هي علامات المعالجة يأشعة الليزر.

(الشكل 1١5‏ ب) : كاميرا خاصة لتصوير قاع العين.

oYY

جهاز حديث جد لقياس جهاز حديث جدا لقياس جهاز حديث جدا لقياس
القرتية وسوء الانكسار. ضغط العين. سوء الانكسار.

الشكل (15) : لوحة تبين بعض فوائد الليزر في طب العيون.

ore

أ دة. iu‏ العيث
5 .. سرى سبع العيش

راب القرنية الحراري بالليزر لتصحيح مد البصر

Laser thermokeratoplasty for the correction of hypermetripia

أثبتت أشعة الليزر كفاءة في علاج مد البصر؛ إذ يجري كي مناطق في الطبقة.
السطحية من القرنية في هيئة حروق سطحية» ترص على شكل دوائر صغيرة بعدد
محسوب ومنتظم» وبخطوط شعاعية حول منطقة مركزية من القرنية لا نمس
SIL‏ . والغرض من ذلك هو إحداث انكماش في محيط القرنية يؤدي إلى زيادة
احديداب المنطقة المركرية؛ ما تك موه الع ا يي فتتحسن الرؤية؛
ولا تعود العين في حاجة إلى عدسات مقربة محدبة لعلاج مد البصر.

إن العملية الموصوفة هنا لا تمس المنطقة المركزية من قرنية العين؛ غلى عكس
العمليات الأخرى PRK)‏ أو (LASIK‏ التئ تغزو المنطقة المركزية من القرنية وتعف
عن المناطق المحيطية Agia‏ ۰

والجدير بالذكر أن عملية الرأب الحراري للقرنية بالليزر لتصحيح مد البصر غير
مصحوبة بألم . ويستقر البصر في العادة بعد Y‏ شهور من إجرائها . وهنا تجب الإشارة
إلى نجاعة هذه العملية فى حالات مد البصر الطفيف» الذي لا يتعدى Y‏ كسيرات . أما
ف الات ول pall‏ اادد فهي غير موثوقة وغير مضمونة النتائج .

الجراحة التجميلية للعين بالليزر Laser in oculoplastic surgery‏
تطورت الجراحة التجميلية باستخدام أشعة الليزر بفعل التقدم الذي حدث في تقنية
الليزر وفى مجال الألياف الضوئية . وقد استخدمت أشعة الليزر بمستويات متفاوتة من
النجاح 3 جراحة المجاري الدمعية؛ إذ أمكن ثقب الغشاء المخاطي للأنف وإحداث
ثغرة في عظم الأنف ثم في كيس al‏ لتسهيل تسرب الدمع إلى الأئف مباشرة عند

انسداد المجاري الدمعية .
كما by‏ ليزر الآرغون في تخثير الأورام الوعائية الوحمية حول الأجفان» وفي
استئصال الشتّعرة التّاكسة في حواف الجفن . كذلك» استخدم ليزر ثاني أكسيد الكربون

في القضاء على كثير من الأورام الوعائية اللمفاوية . وصنعت أجهزة من هذا النوع من
الليزر لاستخدامها في تجميل الوجه» والتخلص من ترهل AL‏ الناجم عن التهدّل
بفعل الهرم .

تحتوي هذه الأجهزة على مجسات تفرسية «Scanning probes‏ تحدد القوة اللازمة
لأشعة الليزر التي يجب تعريض جلد الوجه بشكل عام والأجفان بشكل خاص » لها
لإجراء العلاج اللازم . ويعيد الليزر استواء الجلد ونضارته؛ فيبدو pled‏ شبابي
المظهر . أضف إلى ذلك أنه يخلص الوجه من التصبغ e‏ وتوسّع العروق الدموية . يعمل
الليزر على تقشير الطبقات السطحية من البشرة والمناطق العليا من الأدمة؛ فيحرقها من
دون أن تصل إلى درجة التفحم . وحين تات الألياف الكلاجينية السطحية» يتماسك
جلد الوجه ويبدو نضرا LY‏ وهنا يشار إلى ضرورة وضع المراهم والمعاجين المرطبة
والمنعشة لمساعدة البشرة في التجدد . وثمة أنواع من أجهزة الليزر تحتوي على مجسات

خاصة تقطع بانتظام» كالسكين. فتسهّل قطع الجلد المتهدّل في الاجفان؛ وبواسطتها
يكن Lad‏ قطع الملتحمةء والتخلص من الفتق الشحمي والجيوب البارزة تحت الأجفان
بفعل الزمن .

الشكل (\Y}‏ : جهاز ليزر حديث لتصحيح < جميع أنواع سوع الانكسارالبصري :
(قصر البصر ‏ مد اليصر ‏ اللابؤرية).

الريك

الشكل (YA)‏ : تصحيح البصر بالإبادة الضوئية بأشعة الليزر -PRK‏
تبدو القرنية وقد قشطت طبقتها الظهارية على شكل قرص في حدود AL V‏ مليمترات i‏ وهذا
ضروري قبل تطبيق أشعة الليزر: التي تبيد من السدى القرني ما يشبه العدسة المصححة.

الشكل )14( : تصحيح البصر بالإبادة الضوئية بأشعة الليزر PRK‏ طريقة حديثة لإزاحة الطبقة
السطحية الظهارية في القرنية بواسطة فرشاة تدورآليا. ولا تستفرق العملية أكثر من ثانيتين
إلى خمس ثوان ء يكون فيها المريض مستلقيًا تحت مجهر الليزر الجراحي.

الشكل (Y+)‏ : قاطع القرنية الميكروني الذاتي في عمليات الليزك. هذا القاطع تشطر به طبقات
القرتية؛ فتشكل سديلة عائلقة: بحيث يتوقف الجهاز القاطع ولا يفصل السديلة القرنية CAS‏

OYY

رسم للقسم الأمامي في العين يبيّن سديلة صورة للعين وقد نحيت
القرنية المزاحة. والأسهم تدل على أشعة السديلة العالقة في
الليزر الموجهة إلى القرنية لإبادة جزء منها القسمالوحشي من
لتصحيح البصر. وقد بدا سطح القرنية القرنية؛ وطبقت أشعة
مستويًا بعد آن كان محدبًا. الليزر على القرنية.

الشكل (Y)‏ : تصحيح البصر بالليزر » مع تحوير سطح القرنية جراحيًا في آن معا .

الشكل (۲۲) :

رسم يبين إعادة السديلة إلى مكاتها بعد صورة للقرنية التي عولجت
إجراء التصحيح. بالليزر وأعيدت السديلة مكانها؛
فالتصقت على القرنية تحتها
بلا خياطة.

OYA

الشكل (YY)‏ + أجهزة عدة لإعادة تشكيل سطح الجلد
في معالجة حالات شيخوخة الجلد وتجعداته.

ayy

تطورات بارزة في Galga‏ مختلفة من التكنولوجيا الطبية

شهد القرن العشرون تطورات بارزة في مختلف جوانب التكنولوجيا الطبية؛ منها:
التصوير الطبي» (pli tole od pill dL LL,‏ وجراحة الجهاز العصبي»
وتشخيص أمراض القلب والعروق الدموية» وتفتيت الحصى» وزراعة الأعضاءء
ومعالجة العقم» والاستنسال الصناعي» وخياطة الجروح.. وامتدت تلك التطورات
لتشمل جوانب أخرى كالإعلام والاتصال؛ الامر الذي coh‏ إلى ظهور ما يعرف
بالطب عن بعد . في الجزء JL‏ من هذه الدراسة» نلقي الضوء على بعض تلك
التطورات التي كان لها أكبر الأثر في تيسير حياة الإنسان» وعلاج الكثير من الأمراض
والوقاية منها. وها بالطبع ليس سوى غيضن من فيض .

التصويرالطبي

تشير التقديرات إلى أن التصوير كان يمارس في القرن التاسع عشر على نحو
بدائي ؛ وذلك بتجميع الأشعة الشمسية في بؤرة على طبق حساس مطلي بأحد مركبات
الفضة . وفي هذا المجال» لا بد من الإشارة إلى جهود العالم العربي الحسن بن الهيثم؛
الذي صنع الغرفة المظلمة؛ محاكيًا بها العين البشرية لاستجلاء طبيعة الإبصار . وشهد
حو لس aes‏ قضنعت الآلات الصورة ودمجيه القدسات
فيها؛ وأ صبحت أشعة الشمس lS‏ على الجسم al M‏ تصويره» فتتكون له صورة

ota >‏ كلم الور لمان ا بحموض ومواد كيميائية
أخرى . ويعيب التصوير بهذه الطريقة ضرورة توافر ELS‏ إضاءة مناسبة ؛ فإذا غابت
الشمس أو حجبتها الغيوم أو جرى التصوير في الغلّل» حرجت الصورة معتمة وغير

واضحة المعالم .
وتبع ذلك استخدام التصوير الضوئي بواسطة مصدر ضوئي كهربائي قوي e‏ يسلط
ضوؤه على الجسم المراد تصويره.

وفيما يتعلق بتصوير العين : في النصف الأول من القرن العشرين» كان يعتمد على

oy:

أة. دة. سشرى سيع العيش
الرسم لبيان أمراض العين الخارجية والسطحية . وكان الرسام يرافق الطبيب في العيادة»
ويرسم ما يشير إليه. وقد Joel‏ على الرّسم في كشف أمراض الشبكية والمشيمية»
واعتلالات قاع العين . واستعين بمنظار العين المباشر الذي كان متوافرا منذ أواخر القرن
التاسع عشر € فكان الطبيب يطلب إلى الرسام النظر إلى داخل العين بالمنظار ليرسم ما

يراه .

وشهد القرن العشرون bul‏ متقدمة في التكنولوجيا المستخدمة لتصوير العين.
فأصبح بالإمكان تصوير الأذيات السطحية والأورام بآلات تصوير eio gaza‏ يكن في
بعضها استخراج الصورة على الفور؛ كما هي الحال في الآلات العاملة
بالاستقطاب . وفي ستينيات القرن العشرين» eo‏ ا .تلا
ذلك صنع أ جهزة لتصوير البيت الأمامي وزاوية العين؛ os thy‏ لتصوير بطانة القرنيةء
لتسهيل عد الخلايا البطانية من أجل تقدير مدى صلاحية القرنية: خاصة قبل زراعة
القرنيّة أو ترقيعها . هذا إلى جانب أجهزة التصوير الطوبوغرافي لقرنية العين.

لقد كان اكتشاف الأشعة السينيّة على يدي العالم الألماني رونتغن اكتشاقًا
عظيما . وتستطيع هذه الأشعة أن تنفذ من طبقات الجسم من جلد وعضلات وعروق
دموية وشحوم» SS‏ تصدها الأجزاء الصلبة؛ فترسم العظام وتحددها وتظهر ظلال
القلب والرئتين والعروق الدموية الكبيرة. وتكشف هذه الأشعة» على سبيل
UU‏ وجود كسر في العظم أو خلل في العمود الفقري أو حصى في الكلية أو
المرارة N GS cra‏ ل
أو أمراض العروق الدموية الكبيرة؛ مثل: أمهات الدم أو توسع العروق أو
انسدادها .كما أمكن الكشف عن أمراض الكلية» « كتعطّلها أو وجود ورم أو انسداد في
las‏ أو في الحالب؛ إضافة إلى أذيات المرارة وآفات المثانة .

أ قبل العملية: يبدو الجلد هرما مغضناء وتظهر عليه علامات الشيخوخة الصباغية والأثلام
الكثيرة حول الفم وعلى الوجنتين وفي الجبهة.

ب ثلاثة شهور بعد العملية: طبقت المعالجة الجراحية التجميلية بالليزر:
قبدا جلد الوجه أكثر تماسكا ونضارة وشيابًا مما كان عليه
واختفى الكثير من التجاعيد والأثلام والبقع الصباغية ANAM‏ على الشيخوخة.

الشكل (VE)‏ : الجراحة التجميلية بليزر ثاني أكسيد الكربون.

oY

أة. دة. سرى سبع العيش

أ قبل العملية: تبدو هنا أنياب صباغية متعددة على الجبهة والصدغ والوجه والأجفان.

ب. بعد العملية: هكذا بدا الأمربعد ثلاثة أشهر من جراحة الليزر التجميلية بغاز

ثاني أكسيد الكريون.

الشكل (Y0)‏ : الجراحة التجميلية بأشعة الليزر.

ب يعد المعالجة.

الشكل (Y5)‏ $ التصوير الطبي للمقارنة.

oYY

الشكل (YV)‏ : تصوير قاع العين يبدي تورمًا في العصب ووذمة نتيجة لوجود ورم في الدماغ.

أ صورة ملونة لقاع العين تبدي العصب البصري وتفرعات الشريان والوريد الشبكي المركزي. وضي
منطقة اللطخة الصفراء» التي تحتل مركز الصورة؛ تظهر تغيرات مرضية.
ب الصورة نفسها بعد حقن الفلورسين في الوريد. ويظهر بوضوح وجود عروق دموية نازفة تحت
الشبكية. ومعالجتها تكون بكي العروق الدموية التازفة بأشعة الليزر.

or

أة. دة. paw‏ 6 سبع العيش
تصوير مقاطع في أعضاء الجسم . واستفادت التقنيات الطبية من الحاسوب في الحصول
على صور مقطعية دقيقة ذات فواصل واضحة للتمييز بين منطقة وأخرى . واستخدم
التصوير المحوري اللقطعي المحوسب في الأنسجة الصلبة كالعظام» لكشف الكسور
وتحديد ثخانة العظم .

ومن تقنيات التصوير الطبي الأحرى: التصوير بالرنين المغناطيسي MRI‏ وقد شاع
استخدام هذه التقنية لكشف الأورام والأذيات في الأنسجة الدقيقة الرخوة؛ مثل :
أنسجة العين والدماغ .

| صور تبدي دوائر مشوهة غير منتظمة على سطح القرنية. وهي دلالة على

الإصابة بداء تمخرط القرنية.

ويم وني م lyngur‏ ا
Do Eno‏
EGG EE‏
lle rita «Eade 2 z‏
Uum dni CHES ED‏

Prets NE ME

ب صورة طوبوغرافية ملونة بالحاسوب لحالة قرنية مخروطية. وكل لون يدل على قوة انكسار
القرنية في تلك المنطقة.

الشكل (YA)‏ : التصوير الطوبوغرافي.

أة. دة. سرى سبع العيش

Li‏ التصوير با مو جات فوق الصوتية Ultrasonography‏ « فتستخدم فيه موجات
عالية الترددات تنقل أصوانًا لا تستطيع الأذن البشرية سماعها. وتستطيع معدات
حساسة إرسال الدفقات الصوتية واستقبالهاء» والحصول بذلك على معلومات حول ما
تصطدم به تلك الموجات في أثناء سيرها . فبعض الموجات ينعكس مرتدا إلى المصدر؛
والبعض الآخر يتكسرء فينفذ خلال الجسم ويواصل سيره . وتختلف نسبة ما ينعكس
أو ينكسر من الموجات Gog‏ كثافة الحاجز الذي اعترض تلك الموجات .

استخدم التصوير بالموجات فوق الصوتية -على سبيل المثال لا الحصر ‏ في كشف
Seo pt Kl‏ المليمة او اتر عة الععيقة فى الجسم fhe‏ + تويز cal‏
للوقوف على وجود أذيات أو حمل طبيعي أو غير طبيعي . أضف إلى ذلك تصوير
اجنين » وتحديد حجم جمجمته وشكلهاء وكيفية تموضعه داخل الرّحم ؟ واستقصاء
تعدد الأحمال؛ ومعرفة - جنس الجنين بمرثوقيّة عالية ؛ edy‏ بوجود تشوهات أو عدم
وجودها في جسم اجنين .

وأصبح التصوير بالموجات فوق الصوتية ثلاثي الأبعاد. ومكن ذلك من الوقوف
بدقة على حجم العضو ol dl‏ دراسته وشكله؛ وكشف الملابسات المرضية إن
j‏
MÀ‏

كذلك» مكن السونار SAN‏ الأبعاد من الاطمئنان على سلامة الجنين» وتحديد
شكله وحجمه» وغط تموضعه في الرّحم؛ إلى جانب مراقبة الحمل» وتشخيص
أمراض الأجنة . كما ساعد في قياس التروية الدموية للرحم ولجسم الجنين» من دون
مداخلات جراحية .

ومكن التصوير الملون بالموجات فوق الصوتية من تشخيص الخثرات الوريدية على
نحو أدق من التصوير الوريدي الملون.

أما في مجال طب العيون» فقد ساعد التصوير بالموجات فوق الصوتية في قياس
الأبعاد التشريحية للأجزاء الداخلية التي يصعب الوصول إليها. ومن تطبيقات هذه
التقنية في طب العيون : قياس أبعاد العين وقوة العدسات المصححة؛ وتشخيص
الأذيات الداخلية من نزوف وأورام؛ وكشف حالات انفصال الشبكية» أو جود أجسام

oxy

غريبة داخل العين» أو انقلاع العدسة وسقوطها ole‏ العين. أضف إلى ذلك قياس
طول العين وعرضهاء وعمق البيت الآمامي» وسماكة العدسة البلورية» وسماكة
القرنية» وحساب قوة العدسة المزروعة بعد استخراج الساد أو في عين فقدت عدستها
البلورية . ومن التطبيقات الأخرى : تحري حالة الأنسجة الداخلية وقعر العين؛ وكشف
حالات التغيّم وعدم الشفافية في الأجزاء الكاسرة للضوء في العين» مثل القرنية
TEPEE‏

الشكل (Y4)‏ : التصوير بالرنين المغناطيسي: أشكال متعددة من أجهزة المرنان المخناطيسي. وقي
الوسطء تبدو صورة نصفية للدماغ: كما يظهرها هذا المرنان.

OTA

fun gees ee FTO
P.

38 55

Ay
se rhe 5
m 21

الشكل (T+)‏ : صورة للعين بالموجات فوق الصوتية. في الأعلى: صورة ذات بعدين- وتبدو من اليسار
إلى اليمين ؛ القرنية i‏ فالعدسة ؛ فالجوف الخلفي للعين » فالشبكية i‏ فالحجاج. فى الأسفل:
صورة ذات بعد واحد . تبين البعد الطولي للعين؛ وهو ما نسميه القياس الحيوي الييومتري
لتحديد قوة العدسة التي يراد زرعها في العين.

Endoscopic surgery الجراحة التنظيرية‎

تعد هذه الجراحة تطورا هائلاً في العمل الجراحي. وتُجرى على أعضاء داخلية أو
مناطق عميقة في الجسم يصعب الوصول إليها. وتتميز الجراحة التنظيرية بسهولتهاء
وبعدم إحدائها جُروحًا أو تمرقات في أنسجة الجسم أو طبقاته الملختلفة» من جلد
وعضلات وألياف وعروق دموية وأعصاب . ومن مزاياها Ual‏ قصرفترة
الاستشفاء؛ وقطع الطريق على الأخماج الجرثومية» والالتهابات» وانتقال العدوى من
المرضى الآخرين المقيمين في المستشفى . أما الجروح في عمليات الجراحة التنظيرية»
فهي صغيرة جدا؛ وهي أقرب إلى الثقوب .

o۹

تجرى الجراحة التنظيرية عن طريق إدخال GUI‏ ضوئية متصلة UL‏ تصوير» بعد نفخ
البطن بالهواء . LES,‏ الصورة على شاشة لتوضيح موضع الخلل أو الورم أو الحصاة أو
العضو المراد استئصاله» بكيه بالكاوي الكهربائي» أو تبديده بأشعة الليزر.

وتعمل المناظير الحديثة بأشعة ليزر الآرغون» وتعطي إضاءة صافية . وهي تعمل مع
آلات تصوير فائقة الدقة على إعطاء صور ثلاثية الأبعاد » SE‏ الجراح من العمل بدقة
وسرعة وكفاءة . ومن العمليات الجراحية التي تُجرى بالمنظار : استئصال المرارة أو
الزائدة الدودية؛ وإصلاح فتق الحجاب الحاجز؛ ورد الفتق المغبني؛ وفك التصاقات
تجويف البطن والأمعاء؛ إلى جانب عمليات جراحية خاصة بالنساء» كاستئصال
المبيض وإزالة الأكياس وقطع الأورام .

Lif

YY
UU

الشكل (YA)‏ الجراحة التنظيرية بواسطة الألياف الضوئية الدقيقة. ويمكن تنظير الأعضاء
الداخلية في الجسم من دون الحاجة إلى شق الأنسجة وقطعهاء كالصدر والبطن. وفي اللأسفل؛

تبدو صورة الورم الذي كشفه جهاز التنظير. ويمكن في هذه الحالة قطع جزء منه للفحص:؛ أو
Alla Taf‏ بعد تخثيره كاملا.

cí-

أة.دة. سرى سبع العيش

الليزر وجراحة العظام

شاع منذ زمن استخدام أشعة الليزر في جراحة الأنسجة الرخوة؛ مثل : العين›
والأنف والآذن والحنجرة» والقلب والأوعية الدموية» والأعصاب . كما استخدمت
هذه الأشعة فى الجراحة المتعلقة بالأمراض النسائية» وفى الجراحة التجميلية. أما
او فی ی ی ي ©

يوجه شعاع مركز قوي ذو Glo‏ عالية عبر ألياف ضوئية دقيقة مرنة» يتراوح قطرها
بين ٠,15‏ مليمتر ومليمتر واحد» تصل إلى المنطقة الجراحية ؛ فتقطع النسيج الجراحي
المستهدف أو تستأصله؛ وتخثر حواف الجروح أو حواف القطع من دون إحداث أي
رض أو hig‏ وبينت التجارب أن أشعة الليزر بإمكانها إحداث ثقوب في العظم غاية
في الدقة والانتظام» دونما تلف في حواف الثقب أو جوانبه . ويقطع العظم بالليزر تحت
الماء . وتبلغ الدقة أقصاها في وسط plat‏ الليزر؛ لذلك» تقطع الأجزاء المركزية من
النسيج قبل المحيطية .

وفي جراحة العظام» تستخدم أجهزة ليزر تولّد أشعة بأطوال موجيّة مقدارها ٠١714‏
نانومترا أو ۲۱۲۰ نانو متراً أو cs pio 794٠‏ على شكل نبضات زمن الواحدة منها
٠‏ ملي ثانية .

وفي الجراحة العظمية تحت الماء» تتكون فقاعات» تحتوي على البخار وعلى أجزاء

الشكل (YY)‏ : جراحة العظام بالليزر.
قطع العظم تحت الماء بجهاز الليزر.

جراحة الجهاز العصيي

كانت الجراحة التقليدية تُجرى بالمبضع والسكين» بحفر ثقوب في الجمجمة وفتح
عظامها لاستخراج الأورام go‏ واستخدمت الجراحة التنظيرية عبر GY‏ في حالات
أورام الغدّة النخامية وما حولها . وحديثّاء أخذت الجراحة العصبية تجرى بسكن أشعة

oiv

أة.دة. سرى سبع العيش
غاما؛ إذ يستغنى عن فتح الجمجمة في حالات الأورام الدماغية الصغيرة» وثصوب
أشعة غاما على منطقة الورم . ويقاس حجم الورم ويحدد تموضعه بدقة» لاحتساب
كمية الأشعة اللازمة .

الشكل )41( : المعالجة يآشعة غاما لمعالجة الأورام الدماغية الصغيرة وإيادتها.
حضر ال مريض: وأدخل رأسه تحت مظلة جهاز أشعة غاما. تصوب الأشعة بكمية مدروسة ويزمن
محدد؛ فتمحو الأشعة الورم الدماغي في ثوان معدودة e‏ من دون الحاجة لفتح الجمجمة. وهذه
المعالجة تسمى «سكين أشعة غاماء.

وفي أربعينيات القرن العشرين» بدأ استخدام ما يعرف بالجراحة العصبية الكهربائية
المصوبة Stereotactic‏ . وفيها Ly‏ رأس المريض فى صندوق معدنى» وتحقن
البطينات الدماغية بالهواء ؛ ثم تستخدم الأشعة السينية في تحديد الموضع اللازم إجراء

الجراحة عليه في الدماغ بصور ثلاثية الأبعاد. -
وقد طبق جراح الأعصاب السويدي لكسيل هذا المبدأ في مدينة ستوكهولم على

OLY

مرضى الياركنسون لمعالجة OL JE‏ والتصلب؛ وذلك عن طريق تحديد موقع العقدة
الشاحبة الدماغية» المسؤولة عن التصلب والرعاش لدى المرضى» باستخدام إبرة
كهربائية تدخل من خلال فتحة صغيرة في الجمجمة .

co y as‏ تقنيات علاج مرضى الحركات اللاإرادية الناجمة عن داء پاركنسون
the JE‏ الورائي الأساسي » والرعاش الناجم عن احتشاء الدماغ أو الكدمات
الدماغية» والرعاش الناتح عن التهابات الدماغ والتصلب اللويحي . ويرجع الفضل في
هذه الجراحة الحديثة إلى الجراح الفرنسي» الجزائري الأصل » عليم بن عبيد في مدينة
غرينويل الفرنسية» الذي اكتشف أن الثواة تحت المهاد Subthalamic nucleus‏ هى
السبب في غالبية حالات مرض باركنسون . واكتشف أن التحفيز الكهربائي لتلك النواة
- وليس كيّها Cab eS‏ يعطي نتائج أفضل . وقد عرفت هذه العملية باسمه» وغدت
الخيار الأول في علاج داء ياركنسون .

الشكل (vt)‏ الحراحة العصبية الكهريائية المصوية تجراحة الرحضان في داع ياركئنسون؛ ath aSa‏
dontLal‏ الصلابة وبطء الحركات.

oii

TE,‏ شرق سيع القن

تشخيص أمراض القلب والأوعية الدموية

كانت السماعة الطبية سلاح الطبيب في كشف أمراض القلب والرئتين والمجاري
التنفسية. وظهرت تقنيات طبية متطورة تكشف بدقة أمراض القلب والرئتين
والشرايين.

ثمّة سيالة عصبية في القلب» مركزها عقد عصبية في جيب في الأذين الأيسر من
call‏ وتعمل على استمرار خفقان القلب مدى الياة . وقد CARE‏ التكنولوجيا الطبية
من الإفادة من كهربائية القلب في الوقوف على صحته أو مرضه؛ فاستخدم تخطيط
القلب 806 لكشف أي خلل في نبضات القلب ؛ مثل : بطء الخفقان أو عدم الانتظام
أو التسارع في دقات القلب؛ إضافة إلى وجود احتشاء قدي أو حديث في عضلة القلب
أو عدم ضخ ما يكفي من الدم إلى الدماغ ؛ ما قد يسبب السكتة القلبية الدماغية» التي
قل M‏ بدورها إلى الموت المفاجى .

Li‏ تصوير القلب بالصدىء فيساعد فى إظهار ثخانة الدسامات CR dall‏ خاصة
الدسام التاجي؛ ما يکن من كشف أي قصو ; في انغلاق الدسام أو أي انسداد فيه .

ul,‏ قثطرة القلب Ai «Cardiac cathetarization‏ ى لقياس درجةار تفاع
الضغط الرئوي» واستقصاء الدّسام الأبهري» والتصوير الوعائي للشريان الإكليلي

لكشف أمراض القلب الإكليلية .
ويشار إلى أن تصوير القلب بالصدى يعطي تقديرا gah Gis‏ تضيّق الدسام القلبي»
من دون مداخلة خطرة.

oto

"4

الشكل (ve)‏ : التصوير المضاعف بالموجات فوق الصوتية لقياس سرعة جريان gall‏
في حالة زيادة اللزوجة الدموية يبدو جريان الدم Aulas‏

021

أة. دة. سرى سبع العيش

تفتيت الحصى Lithotripsy‏

Jets‏ الحصى فى الجهاز البولى: فى الكلية أو الحالب أو BLL‏ أو الإحليل . وقد
يترسب في المرارة أو البنكرياس . وكانت العمليات الجراحية التي تجرى لاستخراج
الحصى خطرة ومؤلمة» وترتبط بالتخدير العام والإقامة الطويلة في المستشفى .

TORT‏ استخدمت الموجات فوق الصوتية في تفتيت الحصى على نحو
يغني عن العمليات الجراحية . أما الأجهزة الحديثة» فتستخدم الأشعة لتحديد موضع
الحصاة وتفتيتها في زمن قصير» من دون ألم أو حاجة إلى التخدير .

. Organ transplantation زراعة الأعضاء‎

يقصد بها استبدال عضو أو نسيج سليم بعضو أو نسيج مريض . ويؤخذ العضو أو
النسيج الحي من إنسان متوقى حال الوفاة؛ أو من شخص حي متبرع ؛ كما هي الحال
في زرع الكلية . 1

وقد Re‏ التقدم الطبي من زرع أعضاء مختلفةء كالقلب والكلية والكبد والجلد
والقرنية . وهنا نشير إلى ضرورة الضبط المناعي» لئلاً يرفض الجسم العضو أو النسيج
المزروع فيه .

ومن عمليات الزّراعة أيفمًا: زراعة الحلزون في الأذن الداخلية لعلاج
الصّمم» وزراعة مفصل الركبة أو الفخذ؛ وزراعة العدسات . وتعدٌ عملية ترقيع القرنية
أو زراعتها . إلى جانب زراعة العدسات» الأكثر رواجا؛ فهي تعيد البصر المفقود
AS‏ الشخص من دائرة الاعتلال ومكابدة السّقم إلى رحاب الصحة والتنعم بجمال
الحياة . أما الدّماغ والأعصاب والعين الكاملة» فما زالت زراعتها متعذرة حتى الآن.

لقد كان جراح العيون البريطاني هارولد ردلي أول من زرع عدسة في عين لاعدسية
عام YEA‏ € وذلك لتصحيح مد البصر الشديدء ELI‏ عن استخراج الساد. وما زال
ردلي على قيد الحياة؛ وكرم مرات عدة» كان آخرها منحه ميدالية ذهبية من الجمعية
الأوروبية old‏ السّاد وتصحيح البصرء في «Cad‏ عاصمة النمساء عام 1۱۹۹٩‏ .

Ooty

وفي العيون ذات العدسات Lah I‏ تصحح اختلالات البصر» من حسر ومد
gu‏ بوضع عدسة في البيت الأمامي أو البيت الخلفي . أو تعليقها على سطح
القزحية بكلاليب» تبت في نسيج القزحية أو تُدفن في القرنية ويخاط نسيج الفرنيّة
حولها.

وتصنع العدسات المستخدمة لتصحيح اختلالات الانكسار من الجيلاتين المحتوي
على الماء Hydrogel‏ . وتكون طرية ؛ بحيث يمكن طيها لإدخالها بواسطة ملقط صغير
من خلال جرح صغير جد في الصلبة أو القرنية» ووضعها في البيت الخلفي وراء
القزحية والبؤبؤ. آما مادة الأكريل» فتصنع منها عدسات صلبة يمكن زراعتها في البيت
الأمامي؛ وترتكز في هذه الحالة على نقط محيطية في القزحيّة. ly‏ عدسات
السيليكون المنفذة للأكسجين » فتكون طرية ؛ بحيث يسهل طيها وزراعتها في البيت
الخلفي بواسطة ملقط صغير رفيع النهايات .

وثمة عدسات تُنحت من قرنيّة العين البشرية بعد تجميدها؛ وتعاد إماهتها قبل زرعها
في قرنية الشخص المصاب .

علاج العقم والاستنسال الصناعي

il‏ التقدم الطبي إلى التمكن من معرفة جنس الجنين وعدد الأجنّة في الرحم»
واكتشاف الأمراض التي تصيب الجنين في الرحم ومعالجتها؛ مثل تغيير دم الجنين وهو
في رحم أمه . وأمكن علاج الكثير من حالات العقم» بعد أن كان ذلك يدخل في نطاق
المعجزات . وبذلك» استحالت حياة الكثيرين من الشقاء واليأس إلى السعادة والأمل؛
حين رزقوا أطفالاً بعد أعوام من الانتظار .

اصطدمت التكنولوجيا المتعلقة بعلاج العقم بالشرائع الدينية والتقاليد الاجتماعية ؛
وكان مجرد الحديث عنها ضربًا من المحرمات. LES‏ ما لبئت أن شقّت طريقهاء
وأصبحت مألوفة للكثير من الناس .

OLA

أة. دة g pau‏ سبع العيش

ويمكن تكوين البويضة الملقّحة تلقيحًا اصطناعيًا في أنابيب زجاجية ؛ ثم تعلق
البويضة بعد حقنها في القسم الأخير من أنبوب فالوپ» وهي في مراحل انقسامها
الأولى Ee JU‏ فيحدث الحمل .

وفي حالات أخرى» تحضن البويضة الملفّحة في رّحم غير رحم المرأة التي أخذت
البويضة من مبيضها؛ أو تلقّح البويضة بحيوان منوي أخذ من ذكر غير الزوج . وهذا قد
يتسبب في الكثير من المشكلات ؛ كأن تصر صاحبة الرحم المستأجر على الاحتفاظ
بوليدها وتمتنع عن تسليمه لأبويه» صاحبي البويضة الملقحة .

أما الاستنسال الصناعي» فكان ثورةً بحق. ففيه Dy‏ بويضة لم تُلمّح بالطريقة
کار ای مكل کي gam CLT‏ ری ری مرک الكو لكر عن db‏
تفريغ محتويات التواة البيضية في خليّة جسدية جردت من نواتها وأبقي فيها على
المصورة» ثم زرعها في رحم أنثى غير تلك التي أخذت البيضة منها؛ ما يؤدي إلى
تكون حيوان كامل حي مشابه فى صفاته للحيوان الذي أخذت الخلية الجسدية منه . وإذا
Gh‏ ذلك على OLY‏ نسو إلى due cli]‏ مقت ga t patty Unie‏ كل Le‏
يصاحب ذلك من خلل اجتماعي وفوضى بشرية من الصعب معرفةٌ ما ستؤول إليه.

إن الاستنسال البشري من شأنه أن يقود إلى فوضى تكاثرية» ullo‏ إنتاج أجيال من
الجنس البشري موسومة بصفات متخيرة: ولا يستبعد أن يعود الرق والاستعباد مرة

أخرى .

خياطة الجروح وأيقاف التزف

كان الطبيب العربي المسلم أبو القاسم الزهراوي أول من خاط الجروح بخيوط من
أمعاء الخراف . وطرأت تحسينات كثيرة على صناعة الخيوط الجراحية؛ فاستخدم في
صناعتها الحرير الطبيعي والنايلون والبوليستر . ثم أصبحت الخيوط تغطى بمواد سكرية
هلامية تعطي نسقًا أملس» من دون تهييج الأنسجة الحية التي تخاط بها. وهذا من شأنه
أن يسرع في شفاء الجروح والتئامهاء ويعطيها شكلاً أحسن . ومن بدائل الخيوط

03

الجراحية : الكلاليب المعدنية الصغيرة التي تمسك بشفتي الجرح وتبقيهما متماستين حتى
يلتئم ؛ إلى جانب اللواصق الصمغية النسجية التي ترش على الجروح أو دهن بها
الجروح من دون حاجة إلى الخياطة . والأخيرة Fuss‏ ما تستخدم في الأطفال» وفي
جروح القرنية .

وقد مكنت التكنولوجيا الطبية من التوصل إلى طرق تغني عن الخياطة واللصق ؛
وذلك» بإحداث جروح صغيرة جدا تلتئم بغير خياطة ؛ كما في جراحة العين»
والجراحة التنظيرية في البطن؛ والجحراحة المتعلقة بالأمراض النسائية» وجراحة الدماغ»
وتفتيت الحصى بأجهزة الموجات فوق AS pall‏

a Ga E D E ee
الخزاري والخيرياني‎ eme ge t الكبيرة . وفي أيامنا هذى تستخدم تقنيات أخرى‎
أشعة الليزر‎ EL 5 وأشعة الليزر؛‎ pol Sole ys والضوئي . إضافة إلى التخثير‎
على المنطقة التّازفة» فتبيد العروق الدموية فيهاء خاصة تلك العروق الطَميلية التي‎

تتكون على سطح شبكية العين .

المجهر الجراحي

allan J‏ ی tage dpa lio ico seed‏ بمعنى أن الإنسان
dan‏ عبره بعين واحدة cn ui‏
لا تخلو من الزيغ وغيره من نقائص العدسات . وتحسّن المجهر لاحقًا؛ فأصبح ذا
عينين» وازداد وضوحه وحدته الضوئية» وأمكن بواسطته رؤية الأشياء في EW‏
أبعاد .كما استخدمت فيه عدسات غير كروية على شكل قطع مکافۍ» تخلو من الزيغ
الكروي والتأثيرات الموشورية المسببة للزيع اللوني .

وفي ستينيات القرن العشرين» ظهر المجهر الإلكتروني الذي أمكن بواسطته النظر
I‏ فلؤت غاية فى BUI‏ تصن إلى ا او Sal‏ ون کاو schol yy KALI‏
استطاع العلماء دراسة الفيروسات الممرضة التي تعجز المجاهر الكهربائية عن رؤيتها
وكشف تفصيلاتها. وفيما بعد» تطورت المجاهر؛ فأصبحت جراحية» وغدت

00°

أة. دة. رى سبع العيش
بواسطتها رؤية الأجزاء التشريحية في الأعضاء مثل العين والعروق الدموية
ES‏ وسمحت بإجراء عمليات جراحية دقيقة مرهفة لم تكن USE‏ لولا تكبير
المجهر . وابتكرت المجاهر ذاتية التبئير» التي aoe‏ لتستجيب لصوت الجراح : تعلو أو
dag‏ ويزداد تكبيرها أو پنقص › حسب cee pi gc al d‏ هذه المجاهر على صوت
الجراح دون سواه؛ Su‏ تستجيب لغيره. وأصبحت المجاهر تزود بآلات تصوير» JES‏
Ge PERO WERE‏ اللات إلى شائ GUE‏ يشاهدها ادرو ن عن بعل ؛
y 7 5 a tii 777 10‏

1
BE
EA

الشكل (TT)‏ مجهر حديث متطور يحنوي على ثلاث عدسات مكبرة.
وتكون العدسات ذات قوى تكبيرية مختلفة. ويعطي المجهر صورة موضحة مجسمة. ويمكن النظر
فيه بالعينين الاثنتين. ويفيد في شتى فحوصات الأجزاء الصغيرة الميكرونية» وفحص LAA‏
الأتسجة في الحالات المرضية والعادية؛ وكذلك في فحص الخلايا الدموية.

00١

الشكل (TV)‏ : صورة لمجهرين جراحيين متقدمين يستعملان في الجراحة العصبية: وفي جراحة
الأتف والأذن والحنجرة .

0605

أة. دة. رى سبع العيش

الشكل (TA)‏ : جهاز خاص بتفتيت الحصيات؛ سواء في الكلية؛ أو الحالبه أو القنوات الصفراوية.
ويعمل بواسطة الموجات فوق الصوتية.

الطب عن بعد

رافق التقدم في التكولوجيا الطبية تققدم ماثل في الأجهزة الإلكترونية» ووسائل
الاتصال» والوسائط السمعية والبصرية . وأصبح باستطاعة الأطباء تقديم pt‏ ,3 لكاي
إلى مرضى يبعدون عنهم آلاف الأميال . ودعت الحاجة الماسة للوصول إلى الرعاية
الصحية» بصرف النظر عن المكان» إلى إنشاء شبكات تكنولوجية تربط بين مقدم
الرعاية ومتلقيها؛ لا سيما في حالات الكوارث . وعبر هذه الشبكات» تقدم استشارات
طبية موثوقة طبقًا للإمكانات المتوافرة لدى EU‏ . وتهدف هذه الشبكات أيضا إلى
تدريب طواقم الإنقاذ على التصرف الصحيح في الحالات الطارئة» وإلى رفع مستوى
الخبرات التقنية للمساعدين الطبيين الذين يقدمون العون للمرضى والمتضررين .

من ناحية أخرى» تمكن هذه الشبكات من تبادل الخبرات الطبية؛ وعقد col EM‏
الطبية عن بعد .

oor

الفصل العاشر
العلوم الزراعية

أ. د. طالب gal‏ شرار

العلومالززراععيتع ل ة

الأستاذ الدكتور طالب أبو شرار

«وكلما أعرت الكتاب على الأيام بصري» وأعدت فيه gg Bs‏
تبيّنت مصداق ما قرأته في بعض الكتب : إن dal‏ ما يبدو
من ضعف ابن آدم أنه لا يكتب Liss‏ قيبيت عنده ليلة إلا
Gal‏ في غدها أن يزيد فيه أو ينقص... هذا في ليلة؛
فكيف في سنين عديدة5» d‏
الثعائبي (يتيمة الدهر)

مغد ماه

يقول الفيلسوف الدتماركي كي ركيغور Kierkegaard‏ : «يمكن
فهم الحياة فقط بالنظر إلى الوراء؛ لكن معايشتها لا تتأتى
أبدا إلا بالتقدم )3( الأمام».

توضح هذه المقولة الرائعة أهمية مراجعة الإنجازات الإنسانية
بين الفينة والأخرى» لأن ذلك يطور فهمنا لذاتنا ولحيطنا الذي
نتأثر به ونتفاعل معه . فإذا كان الحال AUIS‏ فإن المرحلة الزمنية
من عمر البشرية الممتدة عبر القرن العشرين ربما تكون أهم مرحلة
في تاريخ تطور الإنسان وانفتاحه العقلاني على ذاته ومحيطه
الأرضي والكوني . لقد شهد هذا القرن إنجازات علمية وتحولات
جذرية تفوق أضعاف التحولات التي عاشها الإنسان منذ aalas‏

oovY

الكتابة. ففيهتم اختراع الطائرة والصاروخ» وإطلاق الطاقة الذرية من Lg Ras‏
واجتياز جاذبية الأرض إلى كواكب أخرى وهبوط الإنسان على سطح القمر» واختراع
الحاسوب. وزراعة الأنسجة النباتية» وزراعة الأعضاء البشرية» وتحقيق الاستنساخ»
وهندسة الجينات . لذلك» كان لا بد من وقفة للتأمل والنظر الى الوراء ريا مراراً
وتكراراً ونحن نرقب مشرق السنوات الأولى من القرن الحادي والعشرين .

هذا من جهة» ومن جهة أخرى فلربما كانت مراجعة LAY‏ البشرية في مجال
العلوم الزراعية واحدة من أصعب المهمّات» لأن الحديث عن العلوم الزراعية يعني
التطرق لمجمل العلوم الطبيعية» بدء! بالعلوم الحياتية وانتهاء بغزو الفضاء الذي حتم
تطوير معارف زراعية جديدة هي من أهم سمات القرن العشرين . ومن هذه المعارف نو
النبات والحيوان ضمن منظومة حيوية معقدة تضم الإنسان والحيوان والنبات على متن
مركبات الفضاء» أو على سطح القمر» أو سطح كوكب آخر يفتقر إلى جو كجو
الأرض؛ ما يستدعي تطوير برمجيات حاسوبية معقدة تعالج مدخلات هذه المنظومة
ومُخرجاتها » ومختلف العوامل المؤثرة فيها من ضوء وحرارة ورطوبة نسبية وغازات
وغيرها.

إن هذه القفزة النوعية الكبرى في مجال مجموعة علوم تطبيقية (تسمى العلوم
الزراعية)» لا يجمع بينها سوى الهدف المشترك المتجسد في إنتاج الغذاء والحفاظ على
حيوية المنظومة البيئية الأرضية؛ إنما هو تجسيد حي لواحدة من أهم سمات المعرفة التي
تطورت في النصف الثاني من القرن العشرين ؛ وهي التسداخل المعرفي
Interdisciplinary approach‏ . لقد أدى ذلك c‏ في فترة مبكرة من القرن العشرين»
إلى تضافر جهود علماء مختصين في حقول معرفية متباعدة من أجل غاية مشتركة لا
أجد مثالا يجسد نجاحاتهم أفضل من تحقق ما عرف ب «الثورة النضراء» في نهاية عقد
الستينيات من القرن العشرين . يقول نورمان بورلاو «Norman Borlauo‏ الفائز
بجائزة نوبل للسلام عام (Borlauo, 1970) ١91٠١‏ الذي كان يعمل رئيسا للبرنامج
الدولي لبحوث القمح وإنتاجه» التابع للمركز الدولي لتطوير الذرة الصفراء والقمح
في مدينة (مكسيكو سيتي) المكسيكية: «استخدم تعبير الثورة الخضراء من طرف

66A

أ.د. طالب أبو شرار

الصحف الشعبية في الأعوام )۱۹۷١ 145A)‏ للدلالة على الطفرة في إنتاج الحبوب
(القمح والأرز وا لذرة الصفراء)». إن وصف سلسلة من الإنجازات العلمية بالطفرة أو
بالثورة إنما هو محاولة للتعبير عن هرمية ذلك الإنجاز . والحق أن الزيادة في الإنتاج لم
تتوقف عند المحاصيل الثلاثة السابقة» Ll,‏ تعدتها إلى المحاصيل كافة» خاصة البقولية
منها كالعدس والحمص والفول وفول الصوياء التي ساهمت إلى حد كبير في تحقيق
الأمن الغذائي للجنس البشري» لا سيما في أقطار العالم المتقدم. على سبيل المثال»
رغم تناقص كل من المساحات الزراعية وعدد العاملين في الزراعة في الولايات المتحدة
الأمريكية» فقد حقق المزارع هناك طفرة كبرى في الإنتاج الزراعي؛ ]3 كان ذلك
المزارع في العام ١1٠١‏ قادرا على إطعام سبعة أشخاص إضافة إلى نفسه؛ لكنه في
العام ۱۹۸۲ صار قادرا على إطعام VA‏ شخصا )1986 (Janick,‏ . بالطبعء يعود هذا
LAYI‏ في المقام الأول إلى التطور العلمي الهائل والتكنولوجي الذي جعل أولى
مشكلات القطاع الزراعي الأمريكي كيفية تصريف فائض الإنتاج . ولتوضيح ذلك»
كانت الزيادة في الإنتاج الزراعي الأمريكي بين العامين ١8١‏ و ١97١‏ ترجع بالدرجة
الأولى إلى الاستثمار في استصلاح مزيد من الأراضي وزراعتهاء وكانت إنتاجية
وحدة المساحة الزراعية ثابتة تقريباً. l‏

وعلى نقيض الأقطار الصناعية المتخمة بالغذاءء كان هنالك جوع في كثير من أقطار
العالم الثالث (خاصة في الأقطار ذات الكثافة السكانية المرتفعة كالهند والباكستان»
اللتين تمثل العمالة الزراعية فيهما نحو ۷١‏ إلى LAY‏ من مجموع القوى العاملة)
بسبب معدلات الزيادة السكانية التي فاقت الزيادة السنوية في إنتاج الغذاء. كانت
معضلة زيادة الإنتاج الزراعي ذات تشعبات متعددة الوجوه. ففي بلاد ذات وجود
إنساني قدي » كانت الأرض الزراعية متعبة ومستنزفة من عناصرها الغذائية» وتعاني من
مشكلات إضافية كالانجراف والتملح؛ ما أدى إلى انخفاض إنتاجيتها إلى حد
الكفاف.

لم تكن الشورة الخضراء ضربة حظ اعترضها أحد العلماء في إحدى تجاربه؛ بل
كانت نتاج تضافر جهود حشد من العلماء في حقول معرفية مختلفة» من أهمها بحرث

60^

العلماء في المكسيك التي استمرت قرابة عقدين من الزمان» أدت إلى إنتتاج أصناف
القمح المكسيكي المتقزم وتطوير حزمة من تكنولوجيا الإنتاج تسمح لتلك الأصناف
ذات الإنتاجية المرتفعة بأن تعبر عن إنتاجيتها الوراثية الكامنة التي تصل إلى ضعفي أو
ثلاثة أضعاف إنتاجية أفضل الأصناف الكلاسيكية الطويلة الساق. لقدترتب على
ذلك زيادة ملحوظة في إنتاج الحبوب . ففي العام الذي سبق الشورة الخضراء مباشرة
(الموسم الزراعي (Y 82-38 3E‏ كان إنتاج الباكستان من القمح قياسيا؛ إذ بلغ 7 ,4
مليون طن . لكنه ازداد في الأعوام الثلاثة الممثلة لباكورة cL gi‏ مدخلات الشورة
الخضراء VSO AVN ATA)‏ و ۷,۲ و٤ A,‏ مليون طن» على التوالي»
وأصبحت باكستان لأول مرة في القرن العشرين (بل في تاريخها) مكتفية غذائيا فيما
يتعلق بإنتاجها من القمح اعتبارا من العام aiii, s NAVA‏ فإن الأرقام المقارنة
كانت قبل الثورة ١١ Yel abl‏ مليون طن على c Ui gil‏ ازدادت إلى MA Ya ١5,5‏
و ۲٠, ١‏ مليون طن في الأعوام 1910-1474 . واقتربت الهند في تلك الفترة القصيرة
من اكتفائها الغذائي الذي تحقق لاحقا.

لم يتوقف استنباط الأصناف العالية الإنتاجية عند القمح المكسيكي المتقزم؛ بل
تطور ليشمل أصنافا محلية أكثر تأقلما لظروف شبه القارة الهندية المناخية والبيئية
ولصفات التربة هناك وأكثر مقاومة للآفات الحشرية والفطرية السائدة في تلك البيئة
الإنتاجية. كما شملت برامج البحث استنباط أصناف متقزمة من الأرز العالية
الإنتاجية ؛ ما استدعى تطوير برامج سمادية تفي باحتياجات تلك الأصناف من العناصر
الغذائية. ترتب على كل ذلك زيادة كفاءة استعمال الأسمدة. فعلى سبيل SUL‏
كانت الأصناف الكلاسيكية الطويلة الساق تنتج في المتوسط عشرة كيلوغرامات من
حبوب القمح لكل كيلوغرام من النتتروجين السمادي؛ ثم ارتفعت كفاءة استعمال
الأصناف المتقزمة لتصبح VO‏ كيلوغراما من حبوب القمح لكل كيلوغرام من النتروجين
السمادي المضاف .

وإضافة إلى الإنجازات المهمة في مجالي الوراثة وخصوبة التربة» كان لابد من
تحديث تقنيات المكئئة الزراعية ؛ إذلم تعد BZ‏ بالحاجة عمليات الدراس التقليدية

ote

آ۔ د . طالب gol‏ شرار

المعتمدة على الدراسة الخشبية التي تجرها الثيران . وكان لا بد من إنتاج مئات NNI‏ من
مكائن الحصاد الصغيرة لتلبى احتياجات المزراعين المتزايدة. ترتب على ذلك انتفاء
rel‏ إلى sel ght‏ للحضرك de‏ الشغلواشعتمرت Be Mil gem‏
غايات أخرى» أهمها المساهمة في إنتاج المزيد من الألبان ومشتقاتها ومن اللحوم
الحمراء.

لم تكن تلك الإنجازات نتاج فرد أو مجموعة أفراد؛ بل كانت نتيجة جهود مؤسسية
إقليمية ودولية ابتدأت في المكسيك» ثم انتقلت إلى الهند والباكستان» وانتشرت بعد
ذلك في أرجاء العالم المختلفة . وللدلالة على أهمية العمل المؤسسي في مجال الإبداع
العلمي الزراعي» ندرج أدناه أسماء بعض تلك المؤسسات التي لا تزال تُغني المعرفة
العلمية بإنتاجها : |

- برنامج البحث والتدريب التعاوني الذي أنشيء في المكسيك في العام VA£Y‏
لزيادة cU‏ الحبوب هناك» التي لم تكن تفي آنذاك بأكشر من نصف احتياجات ذاك
sala‏

- برنامج عموم الهند لتحسين إنتاج الحبوب الذي أسس استجابة لمعطيات الثورة
الخضراء .

المعهد الدولي لأبحاث الأرز IRRI‏ الذي أسس في لوس بافيوس في الفلبين عام
QM‏

i-‏ 5-5 الدولي لتحسين الذرة الصفراء والقمح CIMMYT‏ الذي أنشيء في
المكسيك عام ۳ بدعم من مؤسستي فورد وروكفار الأمريكيتين؛ ثم من المؤسستين
المذكورتين ومن وكالة الإنماء الدولي الأمريكية وبرنامج الأم المنحدة للتنمية UNDP‏
وبنك التطوير للأمريكتين.

ss -‏ الدولي للزراعة المدارية CIAT‏ الذي أسس في كولومبيا.

-المعهد الدولي للزراعة ITA Jal‏ الذي أنشيء في نيجيريا .

منظمة الأغذية والزراعة الدولية ۴۸0 .

01١

-المركز العربي لدراسات المناطق الجافة والأراضى القاحلة ACSAD‏ « ومركز البيئة
والتنمية للإقليم العربي وأوروبا 8۸۴۴ . ٠‏

-المركز الدولي للدراسات الزراعية المتوسطية المتقدمة CIHEAM‏ .

اللجنة الاقتصادية والاجتماعية لغربي آسيا -ESCWA‏

- برنامج الأم المتحدة للتنمية UNDP‏

برنامج الأم المتحدة للبيئة UNEP‏

- المجلس الدولي لزيت الزيتون .IOOC‏

بالطبع» لا يكن إغفال دور الجامعات في هذا الصدد. التي تنتج العقول العلمية
وترعاها «quA ge‏ ثم تتعهدها أو تطلقها لكي تمارس دورها الإبداعي خارج
أسوارها.

وكما أسلفناء OP‏ التأريخ للعلوم الزراعية قد يكون واحدا من أصعب المهمّات لأنه
يتطلب التصدي لعدد كبير من المعارف في مجالات العلوم الطبيعية والحيوية والهندسية
والاجتماعية . وللتبسيط » نعرض بإيجاز لأهم المنجزات العلمية في الحقول الآنية :

.١‏ الآلات الزراعية.

۲. الإنتاج النباتي وعلاقة النبات بالماء .

. النبات‎ coul . Y

٤‏ . تربية النبات.

0 . زراعة الأنسجة.
. الإنتاج الحيواني .
V‏ . الصناعات الغذائية .
۸. التربة .
T‏
٠‏ . التربة والمياه والبيئة .

o1Y

أ .د . طالب gal‏ شرار

.١‏ للات الزراعية

كانت الإنجازات العلمية والتكنولوجية في هذا الحقل متدرجة. وجاءت استجابة
لتطور المعرفة في حقول أخرى» أهمها الهندسة الميكانيكية» ولبروز الحاجة إلى آلات
جديدة ذات وظائف محددة» لكنها غالبا ما تعتمد في عملها على الجرار الزراعي .
وعليه» يكنا تركيز LBM)‏ على أهم المنجزات التي شهدها القطاع الزراعي منذ
الاستبدال بالقوة الحيوانية OV‏ الاحتراق الداخلي في العشرينيات من القرن
العشرين . وربا الأجدى أن نشي ر إلى بدايات استخدام الآلة في العمليات الزراعية

شهد القرن التاسع عشر اختراع القطاعات )1807 whl at s (Salmon,‏
(Ogle, 1822)‏ والجرزازات ( 1826 (Patrick Bell,‏ « وبا oL‏ البخار
(QW. Fawkes, 1858)‏ وآلات الاحتراق الداخلي )1876 .(N.Otto,‏ في العام
VANS‏ اخشرع أول o om‏ زراعي مزود بمحرك يعمل اعتمادا على طاقة الاحتراق
الداخلي» التي ما زالت القوة المحركة في كل آلات القوى المعاصرة» باستثناء تلك التي
تستمد تشغيلها من مصادر طاقة غير تقليدية» كالطاقة المتجددة (الرياح» datas‏
colt‏ وما شابهها) أو الطاقة النووية. ولم يجرب ذلك الجرار حتى العام ENAA‏
حيث بوشرت في مدينة وينيبغ Winnipeg‏ الكندية أولى محاولات الحراثة الميكانيكية»
اعتمادا على قوة الاحتراق الداخلى . تلت ذلك تطويرات على وظائف الجرار للارتقاء
Leal cast lis‏ إدمخال d pad aca‏ عق الشركة الدورانية من à cse‏ )23458
1918( ثم تطبيق ذلك على صعيد تجاري (YA NAYO)‏ وفي الفترة (۱۹۳۰ -
(AAYY‏ بدئ باستخدام محركات الديزل في الجرارات الزراعية» واستبدلت
بإطاراتها المعدنية إطارات المطاط المنفوخ هوائيا المستخدمة حاليا. تلا ذلك في الفترة
(EI aT)‏ إدخال نقاط الشبك الميكانيكي على محور الجرار ليصار إلى تنويع
استخداماته؛ من ذلك الحصول من محرك الحرار على قوة ميكانيكية متشعبة
الاستخدامات في مجالات ضخ المياه والحصول على الطاقة الكهربائية» وحفر التربة
والحصاد والدراس» فضلا عن الحراثة. وفي عقد الخمسينيّات» طور مبدأ القابض

o1

الخاص بتشغيل محور الدوران الخلفي بشكل مستقل عن حركة الجرار؛ ما مكّن الجرار
من إنجاز أكثر من وظيفة في آن .

وحقّقت Ca‏ إنجازات متلاحقة في مجال تطوير كفاءة محرك الجرار الزراعي
وتنويع قدراته؛ وهي تطويرات مرتبطة بالتقدم السريع في تكنولوجيا المحركات. على
سبيل «JU‏ خلال عقد الستينيات» انبرى فريق من الخبراء الزراعيين والمهندسين
الزراعيين الأمريكيين لمهمة تطوير مكائن قطف آلية لثمار الخضار والفواكه . وبحلول
عقد الثمانينيات» كانت هنالك آلات متخصصة لقطف قائمة طويلة من ثمار محاصيل
مختلفة تضم : البندورة التصنيعية» والخضار البرعمية. والثمار الدرنية» والأعناب»
والأشتال» واللوزيات» وحتى ثمار الفراولة. إضافة إلى ما ce‏ نعرض فيما يأتي
بعض أهم المنجزات الميكانيكية الزراعية» تبعالما أوردته نشرة إلكترونية صادرة عن
جمعية المهندسين الزراعيين الأمريكبين ASAE‏

- في العام ١٤۱۹ء‏ استخدم أول قاطف تجاري GUY Old red‏ القطن في وادي
واكين في كاليفورنيا؛ Ud ge‏ بتحولات اقتصادية كبرى فى مجال صناعة القطن منذ
gh‏ المغزل . i‏

-في العام ١٤۱۹ء‏ شَغَّلت أول آلة حصاد وكبس أعلاف أتوماتيّة في العالم»
Lei‏ شركة el, «New Holland Machine‏ على تصميم أعده مزارع من مقاطعة
لانكستر في ولاية بنسلقانيا الأمريكية .

- في العام AYT‏ أجريت بنجاح» TP‏ في Burr Ridge‏ بولاية إلينوي
الأمريكية» تجربة لحراثة حقل مزروع على خطوط باستخنام الجرار.

- في العام ١47١‏ » حدثت ثورة تكنولوجية في مجال تعليب المواد الغذائية بإدخال
نظام التعقيم بالضغط الدوراني المستمر على يد ألبرت ثومسون» كبير مهندسي شركة
Anderson-Barngrover‏ »في مديئة سان هوزيه بولاية كاليفورنيا الأمريكية.

اخترع جيمس لف James E. Love‏ وهوراس هيوم Horace D. Hume‏ في
الفترة CV AYO VAY)‏ الآلة المعروفة باسم :

« Hume-Love floating cutterbar and pickup reel

ove

أ. د. طالب pl‏ شرار

التى صّممت أصلا لحصاد البازيلاء آليا! لكنها استخدمت لاحقا في حصاد محاصيل
cs‏ مثل العدس وفول الصويا. l‏

- في العام VAN)‏ بوشرء لأول مرة» باستعمال الطيران الزراعي لأغراض رش
المحاصيل الزراعية » حين استّخدمت طائرة عسكرية أمريكية لرش أشجار Catalpa‏ في
ولاية أوهايو. i‏

- في العام 5 Lal CY‏ هویل ياوندز Hoyle Pounds‏ إطارا مطاطيا Lesa‏
لعجلات الجرار الزراعي التي كانت حتى تاريخه عجلات حديدية. وفي العام VAYA‏ €
استخدم هسل روردا Hessel Roorda‏ الإطارات المطاطية المنفوخة في عجلات الجرار
الزراعي ؛ الأمر الذي مكدّن من حصاد الذرة الصفراء في حقول موحلة.

". الإنتاج النباتي وعلاقة النبات sub‏

يرتبط الإنتاج النباتي بجملة المعارف الإنسانية ذات الأبعاد العلمية البحتة والتطبيقية
والاقتصادية والاجتماعية؛ وسنركز هنا فقط على علاقة النبات بالماء والتربة . مع أن
علاقة النبات بالماء كانت أول الحقول المعرفية في مجال فسيولوجيا النبات التي درست
ابتداء من عصر أرسطو (المتوفى عام 77" قبل الميلاد)» فإن التطور الحقيقي لهذا العلم
لم يبدأ إلا في منتصف القرن التاسع عشر . ولتوضيح الطفرة في المفاهيم الإنسانية
للعمليات الحيوية المائية داحل النبات» يجدر استعراض بعض الفاهيم المغلوطة التي
كانت سائدة حتى وقت ليس بالبعيد. على سبيل المثال» كان الاعتقاد السائد أن الماء يتم
تدويره في النبات بكيفية شبيهة بالدورة الدموية في الإنسان؛ بل ظل سائدا حتى
بدايات النصف الثاني من القرن التاسع عشر الاعتقاد أن النبات يمتص الماء من التربة
بواسطة قمة الجذر التي تشبه في عملها عمل الإسفنجة عند انقباضها ثم انبساطها في
محاكاة واضحة لعمل القلب .

لم يحدث تغيّر على مثل تلك المفاهيم حتى نهايات القرن التاسع عشرء التي
شهدت تطورات جذرية في علم الكيمياء على أيادي مجموعة من الباحثين العلميين
المدربين على منهج الاستقصاء العلمي الحديث . على سبيل e JUU‏ وضع فك Fick‏

016

عام ۱۸١ ١‏ الأسس الرياضية لقانونه في ظاهرة الانتشار . كما قدم تروب Traube‏ عام
۷ وصفا لتخليق غشاء صناعي شبه منفذ؛ أي لا يسمح بمرور الجريئات الصغيرة
iSi‏ لكنه (qu‏ بالمقابل» بمرور جزيثات الماء . كذلك استطاع فيفر Pfeffer‏
O AYY)‏ أن يقيس بدقة كبيرة الضغط الأسموزي للمحاليل باستخدام غشاء تروب.
ثم أوضح عام 14٠١‏ أنه يكن أن يكون للخلية النباتية ضغوط أسموزية مختلفة أسماها
ضغط الامتلاء Turgor pressure‏ $ وهو التعبير الذي ما زال مستخدما للإشارة إلى
الضغط الناجم عن مقاومة جدار الخلية النباتية لقمة الدفع الناجمة عن الامتلاء بالماء»
بسبب انخفاض الجهد الأسموزي لمحلول الفجوة العصارية في الخلية.

استطاع شل Shull‏ عام 1417 أن يقيس القوة التي تمسك بها التربة جزيئات الماء
بمقارنة كمية الماء الممتصة بواسطة جذور نبات Xanthium‏ نامية في ترب ذات محتوى
رطوبي مختلف بتلك الممتصة بواسطة بذور نامية في محاليل ذات ضغوط أسموزية
معروفة. في العامين ۱۹۳۲ و ١۱۹۳ء‏ استطاع كل من ستالفلت Stalfelt‏ وبانغ
8 أن يوضح دور الثغور في الأوراق في التحكم بمقدار النتح . وبحلول منتصف
القرن العشرين» تحققت نقلة نوعية في مفهوم حركة الماء من التربة إلى النبات ثم إلى
الجوء باعتبار الجهد المائي للنبات هو القوة الفاعلة لتلك الحركة وليس الجهد
الأسموزي. وبالرغم من صحة المفهوم السابق» فإن التعقيدات العلمية التي صاحبته
حالت دون شيوعه حتى بدايات النصف الثاني من القرن العشرين» حين أمكن قياس
جهد الماء في النبات بواسطة جهز المزدوجة الحرارية لقياس رطوبة اجو
Thermocouple psychrometer‏ « الذي طور ته كوكبة من العلماء» أ زهم: سبائر
Spanner‏ عام ١‏ ؛ وريتشاردز Richards and Ogata Le shy‏ ومونتيث وأوين
340A ele Monteith and Owen‏ .

وشهدت الأعوام الأخيرة من القرن العشرين المزيد من الاهتمام بتأثير العجز المائي
في النبات على فسيولوجيا الخلية . فتشير بعض الدراسات إلى أن مثل هذا العجز يؤدي
إلى زيادة في نشاط بعض العمليات الإنزيمية؛ في حين يؤدي إلى نقص في نشاط

017

آ. د. طالب أيو شرار
البعض الآخر. وبفهم الطبيعية الجزيئية لمثل تلك الأنشطة» فإنه سيكون من الممكن
هندسة الجينات النباتية لاستنباط أصناف أكثر قدرة على التكيف مع الإجهادات البيئية؛
كالخرارة والملوحة والصقيع .

LON آفات‎ .٣

قد يكون من المتعذر تحقيق كل ذلك الإنتاج النباتي المرتفع» خاصة من المحاصيل
البستانية» من دون استخدام مبيدات الآفات والأسمدة الكيميائية . ومع ذلك» تقدر
الخسارة في الإنتاج الزراعي he)‏ امتداد مراحل الإنتاج والتخزين جميعها) بسبب
الآفات النباتية المختلفة (أمراض النبات الفطرية والبكتيرية والفيروسية والحشرية»
وآفات الأعشاب والنباتات الزهرية المتطفلة) بنحو 75/ من مجمل الإنتاج الزراعي
العالمي في عام ۱۹۹۳ .(FAO,1993)‏ لذلك» فإن صناعة الكيميائيات الزراعية
أضخم حجما من صناعة الأدوية الصيدلانية . لكن تنامي الوعي البيئي وملاحظة
التأثيرات السلبية الناجمة عن استخدام تلك الكيميائيات» مثل تلوث التربة بمتبقيات
المبيدات المختلفة» وتلوث المياه ا لحوفية والسطحية بالمبيدات والعناصر السمادية الكبرى
مثل النترات والفسفور؛ كل ذلك أدى إلى مراجعة الفلسفة التي كانت سائدة في العقود
الماضية وراء الإفراط في استخدام تلك الكيميائيات لتحقيق غاية واحدة هي زيادة
الإنتاج الزراعي بأي ثمن. من هنا » ولتجنب الوقوع في خطأ الاعتماد الكلي على
المركبات الكيميائية فى التصدي للآفات الزراعية» اعتّمد أسلوب الإدارة المتكاملة
لمكافحة الآفات ا Integrated pest‏ الذي يهدف إلى دمج أساليب
مكافحة الآفات» وضبط مواقيت إضافة المبيدات وكمياتهاء واستدباط الأصناف
المقاومة للآفات بجملة تكنولوجيات إضافية» أهمها تجنب عدوى الحشرات والتحكم
الحيوي في انتشار العدوى عند وقوعها؛ وفي تلك الحالة» استخدام الكميات الدنيا من
المبيدات عن طريق مراقبة أعداد المجاميع الحشرية؛ وإضافة المبيد المتخصص عند
الضرورة القصوى وفي الوقت المناسب . وإضافة إلى المكافحة المتكاملة» تم تطوير
أسلوب المكافحة الحيوية لأول مرة عام 1457 c‏ حين نقلت عدوى فطر حميد إلى
أشجار الصنوبر للتغلب على الآثار السلبية الناجمة عن إصابة النبات بفطر ضار

ov

La. (Agrios,1977)‏ من جهة؛ ومن جهة أخرى» شهدت العقود الثلاثة الأخيرة من
القرن العشرين تطورات ثورية في مجالات استخدام الطرق الجزيئية في تشخيص
المسببات المُرضية Molecular plant pathology‏ . على سبيل c JUL‏ لاحظ علماء
أمراض النبات أن البكتيريا المسببة لمرض التعقد التاجي في عدد من العوائل النباتية
JS‏ جزءا من مادتها الوراثية إلى خلايا النبات المصاب ليصبح جزءا من مادته
الوراثية . أدى هذا الكشف إلى إمكانية حقن جينات غريبة مرغوب فيها إلى داخل
خلايا نبات اقتصادي » باستخدام البكتيريا أو الفيروسات لتطوير صفات نباتية إيجابية»
مثل مقاومة الملوحة أو الجفاف أو الأمراض .

علاوة على التطور التكنولوجي في مجالات إنتاج الأسمدة والمبيدات» انتشرت
تكنولوجيات Bla!‏ منظمات غو النبات والمضادات الحيوية والمركبات الكيميائية المسماة
p‏ أت الدفاع النباتي Plant defense activators‏ التي تعمل على تحفيز النبات
لتطوير مناعة طبيعية ضد الطفيليات . وسوق أول ea‏ يعمل بهذه الطريقة عام VA‏
تحت اسم 245704 CGA‏ . لقد أصبح الكثير من تلك المدخلات ممارسة روتينية في
عالم الزراعة المعاصرة؛ خاصة في مجالي إنتاج الخضار والفواكه . وفيما يأتي عرض
لأهم المنجزات والتطورات في هذا الحقل المتسع :

أ النيماتودا

ليس هنالك أجمل من اكتشاف علمي Shy‏ لعالم يقظ عن طريق الصدفة المحضة .
والحديث هنا عن عالم يقظ ؛ لأن الحظ لا يواتي سوى صاحب الذهن المتوقد» كما قال
شيخ المخترعين في القرن العشرين» توماس ألفا أديسون.

في أوائل الأربعينيات من القرن العشرين» كان الباحث كارتر Carter‏ يعمل في
مركز بحوث الأناناس في جزيرة هاواي الأمريكية . وفي إحدى تجاربه حول مكافحة
الآفات الزراعية x dl‏ في التربة» أضاف إلى الشربة بطريق الخطأ أحد المركبات
الكيميائية المعروفة باسم D-D Mixture‏ والمستخدمة في إسقاط أوراق الأشجارء
ليفاجأ بنمو نباتي جامح . وبسبب تخصصه في نيماتودا التربة» وهي ديدان مجهرية

ماه

أ.د. طالب أبو شرار
تتغذى في غالبيتها على جذور النباتات» فقد فحص محتواها من النيماتودا ليكتشف
خلوها تقريبا من تلك الكائنات؛ التي لم يكن يعرف أنها آفة زراعية تصيب الأناناس .
وهكذاء عرفت تلك Baill‏ مبيداً للنيماتودا عام ۳٤۱۹ء‏ بعد أن كانت تستخدم لغايات
حربية في الجبهة الكورية لإسقاط أوراق الأشجار التي كان الجنود اليابانيون يحتمون
بها في الحرب العالمية الثانية .

وبالعودة إلى ما قبل التاريخ السابقء كان الاهتمام بالنيماتودا محدودا باعتبارها
ليست آفة زراعية شائعة» مع أنه جرى الكشف عن طبيعتها الطفيلية في حالات محددة
تعود أولاها إلى عام ۳ على يادي نيدام Needham‏ الذي أوضح قدرة الصنف
Anguina tritici‏ على التطفل على جذور القمح (Maggenti,1981)‏ . وسسبب
الافتقار إلى مبيد متخصص لآفات النبات المتوطنة في التربة» كان من المتعذر تقييم أي
ضرر محتمل لتلك الكائنات » OY‏ المبيدات المتوافرة كانت ذات طيف سمي واسع كفيل
بالقضاء على كثير من ميكروبات التربة النافعة والضارة. من أهم تلك المبيدات التي
شاع استعمالها بعد الحرب العالمية الأولى : كلوروبكرين Chloropicrin‏ « وهو غاز
الأعصاب الذي استخدم في تلك الحرب؛ وغاز بروميد الميثيل المقرر إيقاف استعماله
مع بدايات القرن الحالي (الحادي والعشرين). وهكذاء فان الكشف عن الطبيعة
الضارة للنيماتودا وتوافر مبيد متخصص قادر على الإجهاز عليها فقط دون غيرها كان
فتحا علميا تزامن مع الحاجة المتزايدة لوقاية النبات من الآفات الزراعية التي كانت تفتك
بقدرة المحاصيل على إنتاج غذاء وفير. وتلا تعرف الخصائص الإبادية BU‏
D-D Mixture‏ اهتمام متزايد بضرورة تطوير مبيدات إضافية أنتجتها شركات المبيدات
والأدوية الكيميائية المتخصصة؛ عرفت باسم مبيدات النيماتودا «Nematocides‏ كان
من أهمها مبيدا .EDP, BBCP‏ وبسبب الخطورة المتزايدة لتلك الآفة» تنامى الاهتمام
بدراستها إلى الحد الذي أدى إلى ولادة ele‏ جديد يعرف باسم علم النيماتودا
l . Nematology‏

على نقيض المدخل الزراعي لعلم النيماتوداء كانت الدراسات السابقة في هذا
المجال تتشاطرها حقول معرفية متعددة» مثل : علوم اللافقاريات» والبيولوجيا العامة»

061^

والتصنيف . وربما تجدر الإشارة هنا إلى أن أهم المكتشفات الإنسانية في مجال النيماتودا
تعزى الى مانسن Manson.‏ عام e VAVA‏ الذي أوضح دور البعوض كعائل وسيط
للنيماتودا ال مسبية لمرض الفيل Wuchereria bancrofti‏ . وقد حفز هذا الكشف العلمى
pl‏ مزيدا من الاكتشافات المشابهة؛ مثل دور البعوض كعائل وسيط للطفيليات المسببة
لأمراض عدةء مثل الملاريا والحمى الصفراء .

ب الأمراض الفيروسية

قبل بداية القرن العشرين» كان معنى كلمة فيروس Virus‏ مرادفا Poison Ll)‏ .
وبحلول القرن العشرين» أخذت الكلمة معناها الراهن» وعرف العلم الذي يتناول هذا
الموضوع بأنه علم الفيروسات Virology‏ . وحسب تعريف بودن Bawden‏ عام
9 » فإن الشيروس عبارة عن طفيل غير اختياري Obligatory‏ مُرضى» تقل
أبعاده عن ٠‏ نانومتر )1957 (Lwoff,‏ وقدجرى تطوير التعريف السابق للتأكيد
على جملة مفاهيم» أهمها: صغر حجم القيروس» وقدرته الإمراضية» واحتواؤه
Luan‏ تووياء وعدم قدرته على التكاثر خارج الخلايا الحية. بمعنى آخرء فإن ele‏
الفيروسات هو علم خاص بالقرن العشرين . ومع أن الكثير من البحوث العلمية
الخاصة بأعراض الإصابات بالأمراض القيروسية تشر في الفترة الممتدة بين العامين
٠‏ و2190 فإن القليل من التقدم أحرز في ما يتعلق بطبيعة اليروس نفسه
(Corbett,1964)‏ . وربا تكون ol‏ الاكتشافات في تلك الفترة ملاحظة بقع الإصابة
الفيروسية المميزة على أوراق نبات التبغ » عند حقن ذلك النبات بخلاصة عصير نبات
تبغ آخر مصاب برض التبرقش القفيروسي. واستخدمت تلك الطريقة
للمعايرة الحيوية كي يحدد C‏ حجم إصابة النبات بمرض التبرقش القيروسي
(Holmes, 1929)‏ وما زالت مستخدمة للغاية ذاتها. وفي الفترة نفسهاء كان هنالك
عمل ميز آخر لييردي )1929 «(Purdey,‏ الذي أوضح أن النباتات المصابة بمرض
uod‏ تحتوي على أجسام محفزة للأجسام المضادة Antigenic material‏ « يمكنها
تحفيز أجسام الحيوانات الثديية لتكوين الأجسام المضادة Antibodies‏ . لقد أدى
استخدام مضادات الأجسام القيروسية في مختلف الفحوصات السيريولوجية

ovY-

أ. د. طالب gal‏ شرار
الفيروسية إلى تطور ملموس في علم الفيروس النباتي على الصعيدين التشخيصي
والمعايرة الكمية الحيوية. على أية حال» كان لا بد من الانتظار حتى عام ١۱۹۳ء‏ كي
تتحقق أهم الاكتشافات الخاصة بمعرفة طبيعة الفيروس النباتي نفسه ؛ حين استطاع
ستانلي eW. M. Stanley‏ الذي كان يعمل على فيروس تبرقش التبغ» أن يحصل على
ذلك الفيروس في صورة بلورات بروتينية . بعد عامين من ذلك الفتح العلمي» أوضح
بودن وييري )1937 (Bawden and Pirie,‏ أن 140 من فيروس تبرقش التبغ هو
بروتين» وأن ال5 / المتبقية هي حموض نووية . تلت ذلك خطوة أكثر تقدما؛ حين
استطاع آخر ون )1956 (Gierer and Schramm,‏ و(1953 (Markham,‏ أن يوضحوا
دور ا لحمض النووي الفيروسي في إحداث العدوى المرضية. بعد ذلك» خاصة فى
الأعوام العشرين AER‏ تحقق الكثير من الاكتشافات المتعلقة بالطبيعة الكيميائية
والبنائية للفيروس )1977 (Markham,‏ .

>- الآفات الحشرية

بفهم الخصائص الحيوية للحشرات» استطاع الإنسان أن يطور وسائل عدة لمكافحة
تلك الآفات» من أهمها: اتباع دورات زراعية معينة لكسر دورة حياة الآفة الحشرية»؛
وتوقيت الزراعة والحصاد»ء واستنباط الأصناف النباتية المقاومة للتطفل الحشري»
واللجوء الى وسائل مقاومة فيزيائية» مثل: التبريدء والتسخين» واستخدام
تكنولوجيات إبادة معقدة» كأشعة الميكروويف أو التعقيم بالأشعة السينية أو أشعة
غاماء واستخدام المصائد اللونية اللاصقة أو الضوئية أو الصوتية؛ إضافة إلى استخدام
المبيدات الكيميائية الحشرية .

من جهة أخرى» استخدمت هندسة الجينات في مجال المكافحة الحشرية» كما هو
الخال فى مكافحة حفر الذرة الأوروبى بواسطة نقل الجينات المنتجة للبروتينات السامة
TENET‏ من بكتيريا Bacillus thuringiensis‏ إلى نبات الذرة الذي تتغذى عليه تلك
الحشرة (التلفزيون الأردني ؛ برنامج وثائقي (Y 8 c‏ كما تمكن العلماء من عزل ما
يسمى الفرمونات الجنسية وتعريفها (وهي مركبات كيميائية تطلقها إناث الحشرات

avs

لإثارة الرغبة الجنسية عند ذكورها) لعدد كبير من الحشرات؛ واستخدمت تلك
الفرمونات إما لجلب الذكور الى مصائد قاتلة» أو الى أماكن نائية بعيدا عن الإناث
للحؤول دون تكائثرها.

لقد استطاع علماء الحشرات استيعاب نظام الهرمونات الحشرية» خاصة هرمون
الشباب؛ الأمر الذي مكنهم من إبقاء الحشرة يافعة ومنع نضوجها الجنسي ومن ثم
تكاثرها. ومن أهم التطبيقات في هذا المجال: إنتاج مركب شبيه بهرمون الشباب لدى
البعوض ترش به البرك والمستنقعات ؛ ما يحول دون تطور يرقات البعوض الى حشرة
كاملة )1984 (Wigglesworth, 1984) ; (Chapman,‏ .

د التثبيط

يعنى بالتثبيط Allelopathy‏ إفراز جذور النبات مواد كيميائية ثانوية ذات فعل مثبط
لنمو نباتات أخرى . لقد دون مثل هذا التنافس بين النباتات منذ مئات الأعوام؛ لكن
أول ملاحظة علمية مدروسة تعود إلى دي كاندول de Candolle‏ عام 1877 . وفي
عام ١١۱۸ء‏ أشار ليبغ 116018 إلى مرض التربة الناجم عن إفرازات جذور بعض
النباتات» وتوصل الى أن إفرازات عشبة الخرفيش Cirsium‏ تسبب أضرارا لنبات
الشوفان «Avena‏ وأن إفرازات جذور الزوان otsLolium‏ تأثيرات ضارة بنبات
gäll‏ وأن مستخلصات كل من عشبة الحليوب Lolium‏ وعشبة الثلجية Scabosia‏
ضارة ols‏ الكتان.

لم يطرأ أي تطور على تلك المفاهيم حتى عام VAY V‏ « حين اقترح مولش Molisch‏
استخدام كلمة التثبيط للدلالة على آلية التداخل بين النباتات» بحيث tp‏ أحد النباتات
الاقتصادية على إنبات نبات من نوع آخر ونموه. في الفترة التي تلت ذلك» تحققت
منجزات مهمة في هذا المجال تصعب نسبتها إلى شخص محدد (جمال (un‏
1447 على أية حال تركزت أهم المنجزات في تعرّف هوية تلك المثبطات كيميائياء
وفي كيفية إطلاقها إلى الوسط المحيط بالمجموع الجذري» حسبما هو موضح في الآتي :

الأبخرة: وتطلقها نباتات الشيح Atemisia‏ والكينا e Eucalyptus‏ والسالفيا

ovY

أ.د. طالب أبو شرار

Salvia‏ من أهم تلك الغازات: سيانيد الهيدروجين» والأمونياء والأثيلين» وأليل
cU» day‏ والكافور.:وكنتفين i RM do‏ من e e I‏ الهوافية GLAU‏ الجاورة
أو بواسطة الجذور بعد تكثفها وامتصاصها بواسطة التربة .

-إفرازات الجذور: وهو الأسلوب الأكثر شيوعا؛ إذ تطلق جذور نبات معين
مركبات مثبطة تؤدي دورها بمجرد امتصاصها بواسطة جذور نبات آخر. من eal‏ تلك
الإفرازات : الحموض العضوية الأليفاتية » كحمض الالييك وحمض الستريك وبعض
الحموض الأمينية؛ والحموض العطرية (الأروماتية)» كحَمض الفيروليك والكافيك
والسينير جيك والفانيليك .

المركبات الراشحة من الأجزاء الهوائية للنبات» التي يمكن غسلها بواسطة مياه
الأمطار أو قطرات الندى» الى التربة السطحية» حيث قد يمتصها نبات آخر. ومن أهم
النباتات التي تطلق مركبات راشحة: الأقحوان «Chrysanthemum‏ ونبات الوسن
«Alyssum‏ والكاملينا Camelina‏ .

- نوات تحلل بقايا النباتات» التي يمكنها أيضا أن تثبط نمو نباتات أخرى أو تحفزه.

- أمراض أخرى :

اكتشفت في القرن العشرين مسببات مرضية إضافية» كالأوليات التي عزلت من
اء نبات القهوة وعدت السبب الرئيسي في تشوهه؛ والمايكويلازما التي لاحظها دوي
Doi‏ عام 147۷ في لحاء بعض النباتات المصابة بمرض الاصفرارء التي يکن
معالجتها بالمضادات الحيوية كالتتراسايكلين . كما لاحظ الركتسيا ويندسور وبلاك
(Windsor and Black,1972)‏ في + ol‏ نبات البرسيم» وفي العنب المصاب بمرض

بيرس Pierce‏ . وأخيرا لاحظ ديفيز Davis‏ عام 191/7 وجود كائنات دقيقة لولبية
الشكل في نبات الذرة المصاب بمرض ce asl‏ أطلق عليها اسم البلازما الملتوية
Spiroplasma‏ (أبوغربية وآخرون» (AARE‏

٤‏ تربية النبات

في النصف الأول من القرن التاسع عشر» أرسيت أسس تكنولوجيات التجارب

oYY

الزراعية الحقلية والدراسات الورائية الكمية. وفي تلك الفحرة» بدأ باحثون كثيرون
إجراء تجارب على طبيعة الخلية الحية ونواتهاء واختطوا أساليب البحث الهادفة إلى
استنباط أصناف نباتية جديدة. من أولئك العلماء: شيرف «Shihirreff‏ الذي
استحصل أصنافا جديدة من الشوفان VAY 5 ple‏ والقمح عام VATY‏ $ ونايت Knight‏
COAT Y)‏ الذي استطاع أن يزاوج (لأول مرة في أوروبا) بين صنفين مختلفين من
القمح؛ وستراسبيرغر cStrassburger‏ الذي قدم لأول مرةوصفاكاملا
للكروموسومات؛ والعالم الشهير دارون CO ASA)‏ الذي نشر كتابه المعروف «أصل
pyi‏ اع بواسطة الانتقاء الطبيعي) Origin of Species by Means of Natural‏
‘Selection‏ ثم نشر عام ۹ كتابه polly‏ التلقيح الخارجي والذاتي في مملكة
Effect of Cross and Self Fertilization in the Vegetable cy a 3‏
Kingdom‏ في هذا المجال» ربا لم يحقق أحد إنجازا في مجال الورائة مثل ذاك الذي
حققه الراهب غريغور (AAE YAYY) Gregor Mendel JA»‏ »الذي قام بدراسة
Lahey AE pa dale‏ فى dure‏ الؤرائة OL‏ الباؤيلاء add‏ اناع duce‏ بامراقية
الحثيثة والمجهدة وبالاستقراء المنطقي» أن يضع عددا من قوانين الوراثة البسيطة. ونشر
نتائجه تلك عام 1877 ؛ لكنها بقيت مهملة ولم تثر الاهتمام مدة ثلاثين عاماء إلى أن
أعيد اكتشافها عام ٠۹۰۰‏ .

منذ ذلك التاريخ» oy gb‏ المبادئ التي وضعها مندل عبر الإنجازات المتعددة في هذا
الحقل. وأدى الكشف عن تقارير مندل إلى وضع الإطار الراهن لاستنباط هجن نبات
الذرة الصفراء . فبدأ شل عام ٠۹١ E‏ تجارب بمراوجة أصناف من الذرة الصفراء» واستمر
في ذلك عن طريق التلقيح الذاتي للحصول على سلالة من الذرة الصفراء ذات قدرة
إنتاجية كانت تضمحل كلما استنبط جيلا جديدا منها . لكن» بإجراء التلقيح الخلطي
بين سلالتين ضعيفتين » أمكنه الحصول على سلالة تمتاز بقوة الهجين الإنتاجية التي تفوق
القدرة الإنتاجية GY‏ من السلالتين الأبوين . وفي الفترة نفسهاء حصل إدوارد
إيست Edward East‏ على نتائج مشابهة . بعد Ws‏ اقترح جونز Donald F. Jones‏
عام ۱۹۱۸ إجراء تجارب على التلقيح المزدرج tDoublecross‏ وهو تلقيح سلالتين

ove

أ. د. طالب gel‏ شرار
ناتجتين بدورهما من تلقيح سلالتين نقيّتين استنبطتا من التلقيح الذاتي . وأمكن بهذه
الطريقة الحصول على هجن بكلفة اقتصادية» جعلت من الممكن إكثار الهجين على
نطاق واسع» ومكنت المزارعين من الاستفادة من هذه الظاهرة . وامتد هذا الأسلوب
الآن ليشمل الحصول على هجن من نباتات الذرة الرفيعة» والقمحء والشمندرء
والتبغ » والكثير من محاصيل المخضراوات .

وبالنسبة للمحاصيل العلفية» تحققت إنحازات مهمة على يدي جنكن T. 1. Jenkin‏
من تجاربه في Welsh Plant Breeding Station‏ التي ابتدأت عام ۱۹۱۹ . وأسس
جنكن مفهوم بناء السلالة Strain building‏ الذي هو نظام تربية تختار فيه نباتات
مفردة لتستنبط منها أنواع جديدة اعتمادا على صفاتها الوراثية . وأمكن الآن التحكم
بالصفات الوراثية تلك بزيادة عدد الكروموسومات بواسطة الظاهرة المعروفة باسم تعدد
المجموعة الكروموسومية ¢Polyploidy‏ بتغيير المادة الوراثية بواسطة تعريض النبات
للإشعاعات المؤينة» أو بتحفيز تكوين الطفرات بواسطة المواد الكيميائية أو الأشعة
المؤينة .

عند هذه النقطة » يجدر أن نذكر بعض الأمثلة المهمّة من نجاحات تربية النبات التي
كان لها أثر كبير على إنتاج الغذاء على صعيد عالمي . وربما يكون أحد تلك الأمثلة
راجعاً إلى الصدفة المجردة. ففي عام e VAVY‏ حملت مجموعة صغيرة من المهاجرين
الروس بذور القمح التركي الأحمر الصلب» لزراعتها في مستقرها الجديد بولاية
كنساس الأمريكية» الواقعة فى السهول العظمى الجنوبية. وأثبت هذا الصنف من
القمح الصّلب قدرة فائقة على تحمل الجفاف والصقيع السائدين في المنطقة» وأعطى
أيضا إنتاجا مرتفعا من الحبوب . بناء على ذلك» ازدادت المساحات المزروعة بهذا
الصنف» وأجريت عليه عمليات تربية استنبط منها صنف القمح الشتوي الأحمر
الصلب» الذي بنيت عليه صناعة كبرى للدقيق . وقد استهلت مرحلة جديدة في مجال
إنتاج الحبوب عام ۸٤1۹ء‏ باستيراد الولايات المتحدة من اليابان مجموعة من أصناف
القمح القصيرة الساق شبه المتقزمة . وبمزاوجة أحد تلك الأصناف المستوردة المعروف
باسم نورن Noren -10 ٠١-‏ مع الصنف المحلي الأبيض بريقور 01 في ولايات

ovo

الشمال الغربي Wall‏ على المحيط الهادي» استطاع وغل Orville A.Vogel‏ أن يطور
الصنف القصير المتعدد الأشطاء العالي الإنتاجية المسمى غينز «Gaines‏ الذي حقق مع
أصناف أخرى أرقاما قياسية في إنتاج القمح لم يحلم بها من قبل . كما زاوج بورلغ
Norman E. Borlaug‏ بين نورن-١٠١/‏ بريقور وأصناف القمح المكسيكية» وحصل
على مجموعة من أصناف القمح القصيرة الساق العالية الإنتاجية» أدخلت لاحقا إلى
الهند والباكستان والشرق الأوسط؛ وبذلك لم تعد زراعة القمح هما محلياء بل
أصبحت موضوعا دوليا.

وتجدر الإشارة هنا الى التداخل المعرفي» الذي نحم ce‏ تطبيق الإبداعات في تربية
النبات في مجال آخر هو الطب. وتضاربت بعض الإنجازات العلمية في أساسيات
وراثة النبات مع بعض مسلمات المعرفة في حينه . لكن» عام .١95٠١‏ أوضحت باربرا
ماكلينتوك Barbara McClintock‏ إمكانية حركة الحينات على الكروموسومات» وأن
تلك الحركة بحاجة إلى جين معين يسمى الحين المحرك (Dissociator gene‏ الذي
ينجز هذا العمل بمجرد أن يأمره جين آخر يسمى الین المنشط Activator gene‏ . كما
أن الجين المنشط يستطيع إيقاف أمر الحركة بالطلب إلى الجين المحرك الانتقال الى موقع
آخر على الكروموسوم. لقد تطلب الوصول إلى هذه المعلومة أعواماً عدة من العمل
الشاق» الذي توج عام YAAY‏ بمنح ماكلينتوك جائزة نوبل في الطب » لما لاكتشافها من

4 زراعة الأنسجة

في بداية القرن العشرين» كان لقانون مندل في الوراثة فعل السحر في تسريع وتيرة
البحث العلمي في مجالات الوراثة» ووراثة الخلية» وتربية النبات. ففي عام
Y‏ طور دي قري De Vries‏ نظرية الطفرة في عملية النشوء والارتقاء. وفي العام
نفسه» أوضح بيتسون ويانيت Bateson and Punnett‏ أهمية الرابطة الوراثية باستخدام
نبات البازيلاء . وقدم بيفن Biffen‏ تفسيراً ورائياً مقاومة القمح لمرض الصدأ المخططء
باعتباره صفة لين مسح . وفي العام ١١۹٠ء‏ أنتج شامل Shamel‏ هجينين من الذرة
الصفراء بواسطة الإكثار الذاتي لثلاثة أجيال مع هجنها. وفي العام qd VAY‏

كبام

أ. د. طالب gal‏ شرار

جونز أول هجين ذرة على صعيد Burrlearning hybrid g lë‏ .

وبوضع الأسس النظرية لنظريات تربية النبات التقليدية» انفتح الباب على مصراعيه
أمام طرائق جديدة مبتكرة في هذا المجال؛ أهمها زراعة الأنسجة. وفي الحقيقة» تعود
بدايات هذا الحقل المعرفي إلى بدايات القرن ذاته. ففي العام ١٠۱۹ء‏ طور عالم
فسيولوجيا النبات الألماني هابرلاند Haberlandt‏ مفاهيم زراعة الأنسجة النباتية التي
ما زالت سارية. وجرب هابرلانت هذا الأسلوب على أجزاء نباتية متنوعة تعود الى
نباتات مختلفة » كان يضعها في بيئة غنية بالملح والسكر ويراقب ela gt‏ الذي انحصر
في تمددها من دون انقسام لخلاياها. ودفعته ملاحظاته تلك إلى استنتاجين مهمين :

- يتضمن الأول e peta‏ إمكانية الكمال Ls t Totipotentiality‏ دفعه للقول إن أي
خلية نباتية تكون لديها المقدرة OY‏ تنطور إلى نبات كامل . كما ob La‏ العاملين في هذا
الحقل ستكون لديهم القدرة ذات يوم على تحقيق هذه المقولة. وثبتت بالفعل صحة هذه
المقولة لاحقا؛ مع ملاحظة أن لبعض LAH‏ النباتية قدرة متميزة على التطور إلى coU‏
كامل مثل الخلايا المولّدة.

- أما الاستنتاج الثاني فيتعلق بفرضية وجود مواد نمو مسؤولة عن حث الخلايا على
الانقسام والتمايز ؛ الأمر الذي أمكن تحقيقه لاحقاء إما عن طريق اكتشاف الهرمونات
الطبيعية مثل أندول حَمْض gasea Gall) JH‏ لأول مرة في العام VAY E‏ على يدي
كل من كوغل» وهاغان teow‏ وإركسليبين Kogl, Haagan-Smith, and‏
. أو الكثير من المركيات العضوية المخلّقة صتاعيا.

ومن المعروف حاليا أنه» عند أخذ جزء صغير من نبات يحتوي على أنسجة وزرعه
في بيئة سائلة أو cate‏ فإن الجزء المقتطع يبدأ في الانقسام والنمو غالبا من دون وجهة
محددة فيما يختص بطبيعة النمو هذا؛ أي لا يحدث تمايز للخلايا النامية لتصبح مثلا
خلايا الساق والجذر والأوراق. وعادة يكون مصدر النمو هو الخلايا المولّدة؛ لكن هذا
النوع من النمو لا يحدث في الطبيعة بسبب استعمار البكتيريا الفوري نسبيا لأي جزء
مقتطع من النبات . لقد أذهلت هذه الظاهرة العاملين في مجال زراعة الأنسجة عند

ovv

ملاحظتها للمرة الأولى: شاهدوا ورماً سرطانياً ينمو من دون اتجاه محدد. وفى
الحقيقة» ازداد الاهتمام بهذه الظاهرة» اعتقاداً من العلماء آنذاك بأن سير غورها us‏
يساعد في حل معضلة النمو السرطاني في الإنسان.

تعود بدايات هذا النوع من البحوث إلى عام 1475 ؛ حين تمكن وايت P. R.‏
۴6 من نحقيق نمو مستمر لجذور الجزر في بيئة مغذية من مستخلص الخميرة. لم
يستطع وايت أن يحصل على OLS‏ كامل ؛ لكن تمكنه من تحقيق تطور محدود لبعض
ed jai‏ النبات وإعادة زراعتها في البيئة المغذية كان إنجازا بحد ذاته . بعد أعوام من هذا
الإنجازء أمكن تعرف المادة الفعالة في مستخلص الخميرةء وشخصت على أنها مادة
ثيامين Thiamine‏ ؛ أو ما يعرف لدى عامة الناس بقيتامين ب١‏ (81). وقد أصبحت
إضافتها إلى المحاليل المغذية على صورة ملح هيدر وكلوريد الثيامين أمرا روتينيا.

في العام ۱۹۳۹ء أعلن كل من وايت في الولايات المتحدة وفريق فرنسي منافس
يعمل مستقلا عن و ايت Noblecourt)‏ و (Gautheret‏ أنه أصبح مكنا تكثير النبات في
البيئة المغذية الحديدة حتى مرحلة تكوين النسيج المسمى Callus | JUS‏ من دون
الوصول إلى مرحلة التمايز في خلايا النبات ؛ وهي العقبة التي استمرت بعد ذلك
لأعوام لم يستطع العلماء خلالها تكثير نبات عادي من نسيج أحد أعضائه. لكن في
عام 1544١‏ أعلن fo‏ بيك وزملاؤه Van Overbeek et al.‏ أنه أصبح من
الممكن استحثاث تكوين نسيج الكالس من أجزاء جنين نبات الداتورا «Datura‏
بواسطة عصارة ثمار نبات جوز الهند الشبيهة بالحليب والمعقمة. وسرعان ما أصبح
مكنا الحصول على نسيج الكالس لعدد كبير من التباتات باستخدام العصارة السابقة»
مضافا إليها أكسينات نباتية ؛ وهي غير محفزات النمو المستخدمة لإحداث التمايز
الخلوي في نسيج الكالس المعروفة باسم سايتوكاينينات Cytokinins‏ . لقد تطلب
الوصول إلى هذه المرحلة أعواماً إضافية من البحث العلمي e BUS‏ الذي استمر حتى
بدايات الخمسينيات من القرن العشرين . GRE y‏ ذلك على يدي كارلوس Carlos „le‏
Miller‏ الذي كان يعمل في مختبرات فولك سکوغ Folke Skoog‏ » التابعة لجامعة
وسكنسن AS VI‏ عام 1404 . منذ ذلك التاريخ» استبدل بحليب glad‏ جوز الهند

OVA

أ.د. طالب أبو شرار
مادة الكاينتين cKinetin.‏ وأصبح تركيب المحلول المغذي معروفا جيدا. وفي عام
CY ۷‏ أوضح ملر وسكوغ أنه من الممكن تحفيز التمايز النسيجي للنبات عن طريق
زيادة نسبة السايتوكاينين إلى الأكسجين لتنشيط SUE‏ المجموع الخضري. وبعكسهما
التسبة المذكورة» أمكنهما تنشيط SU‏ خلايا الجذور. وفي الحقيقة؛ لا ISNT‏
خلايا غير متميزة؛ إذ يتكون من مجاميع مختلفة من الخلايا تعرف نواها باسم
مرستيمويد Meristemoids‏ » ويمكنها التمايز الى خلايا المجموع الخضري أو الجذري.
وأعقب ذلك إنجاز في غاية الأهمية قام بشقه الأكبر طالب الدكتوراة في جامعة
وسكنسن» موراشيغ «Murashige‏ مع أستاذه سکوغ عام fae la t VATY‏ من
grad SY‏ عالميين . ووضع البحث الذي نشراه من أطروحة الدكتوراة في موضع
«البحث الأكثر اقتباسا» في حينه . فقد قدم الإثنان وصفا لبيئة مغذية في مجال زراعة
الأنسجة تكونت من شتى العناصر الغذائية المعدنية الصغرى والكبرى» ومن الحمض
الأميني غلايسين» وثلاثة فيتامينات مختلفة هي الشيامين والنياسين والبيريدكسين
«Thiamine, Niacine, Pyridoxine‏ ومصدر نشوي هو سكر السکروز» و ple‏ نمو
نباتي هما الأكسجين والسايتوكاينين. وأثبتت هذه البيئة نجاعتها لمجموعة عريضة من
النباتات» مع ضبط طفيف في نسبتي منظّمَي النمو النباتي .

في مجال آخر» استطاع نيكل Nickell‏ عام ١101‏ أن يحصل على خلية أو عدد
صغير من الخلايا الحرة الحية» بواسطة تعليق الكالس الخاص بنبات الفول في محلول
ie‏ عن طريق الرج العنيف. أما بخصوص الحصول على مسحات خلوية من معلّق
الخلايا المزروعة على بيئة الآغار» فقد تحقق على يدي بيرغمان Bergmann‏ عام
٠‏ ؛مامكّن لاحقا من فرز الخلايا المفردة بواسطة الغربلة الرطبة وزراعتها على &
الآغار للحصول على خلايا مطابقة في صفاتها الوراثية للخلية الأم؛ GU.‏ كما هو JUI‏
بالنسبة للبكتيريا والفطريات . كذلك» تحققت قفزة نوعية إضافية في هذا المجال
بواسطة ثلاث فرق بحثية مستقلة عملت على خلايا الجزر. فأمكنها اكتشاف ما يعرف
بظاهرة التوالد الجنيني الجسدي t Somatic embryogenesis‏ وهي الظاهرة المختصة
بتكوين أجنة من الخلايا غير الجنسية» أي أشباه الأجنة والأجنة الجسدية Embryoid‏

ov^

6 (Zygote (تمييزاً لها عن الأجنة المنتتجة من البويضة المخصبة‎ or Somatic embryo
خاصة إذا‎ c المفردة والنامية في بيئة غذائية معلقة ؛ الأمر الذي مازال حقلا علميا مثيراً‎
في الحسبان ما يحدث من تطبيق لهذه الظاهرة على الخلايا الحيوانية واستنساخ‎ biol
حيوانات ثديية كالخراف والأبقار. ومن المعروف في هذا الصدد أن المحصول على‎
الأجنة يستلزم خلية بيضية مخصبة بخلية جنسية ذكرية أو بحيوان منوي في حالة‎
لإنتاج ما يسمى البويضة المخصبة التي تتطور تدريجيا إلى نبات كامل . الفرق‎ col sl
في العام 898( وفريق‎ Reinert البحثية المشار إليها سابقا هي فريق راينيرت الألماني‎
وفريق هالبيرين وويذرل‎ (V عام‎ Steward et al. ستيوارد الأمريكي وزملائه‎
هذا الإنجاز فتحاً علمياً من‎ Lay . ١5564 عام‎ Halperin and Wetherel الأمريكي‎
المؤكد أنه ستكون له نتائج بالغة الأثر في عدد من المجالات؛ أهمها سهولة إكثار‎
النباتات» واستنباط أصناف نباتية هي خليط في صفاتها من أصناف نباتية عدة لا تتتمي‎
للصنف أو النوع نفسه.‎

إضافة إلى الفتح العلمي السابق» كان هنالك فتح من نوع آخر حققته مجموعتان
تعملان بشكل مستقل : المجموعة الأولى فرنسية» مكونة من بورغن Bourgin‏
والزوجين نيتش Nitch‏ خلال الفترة ١957‏ إلى 1559 ؛ والمجموعة الثانية هنديةء
ct‏ من جحا Guha‏ وزميله ميهاشواري Mehashwari‏ عام 1974 . اكتشفت هاتان
الملجموعتان ‏ مستقلتين-إمكانية إنتاج ما يسمى نباتات أحادية المجموعة
الكروموسومية في بيئة مغذية من حبوب اللقاح . وأدى هذا الاكتشاف إلى فتح BUT‏
رحبة أمام العاملين في مجال تربية النبات» الذين أصبح بإمكانهم إكثار نباتات احادية
المجموعة الكروموسومية» ثم تحويلها إلى نباتات hole‏ أي ثنائية المجموعة
الكروموسومية؛ للحصول على سلالة نباتية نقية لأية غاية بحثية أو إنتاجية.

وأخيراء عند زراعة خلية واحدة في بيئة معينة (مع ملاحظة ال مستجدات الثورية في
هذا المجال)» أصبح من الممكن زراعة يروتويلاست Protoplast‏ الخلية» وليس الخلية
كلهاء عن طريق إذابة جدار الخلية السليلوزي باستخدام إنزيمات معيئة. بعد ذلك تأتي
الخطوة التالية» وهي دمج بروتوبلاست خليتي نباتين مختلفين» أي

oA:

أ.د. طالب gal‏ شرار

Somatic-cell hybridization‏ أو إدخال بعض الجزيئات البروتويلاستية الكبيرة أو
عضيات Cybrids‏ پروتوپلاست إلى البروتويلاست الآخر؛ وبذلك يمكن إنتاج نبات
جديد لم تنتجه الطبيعة . جاء هذا sal!‏ على يني كاو وميشيلوك Kao‏
and Michayluk‏ عام ۱۹۷٤‏ . وتلاهما عام ۱۹۷۸ ميلشرز وساكريستان وهولدر
c Melchers, Sacristan and Holder‏ الذين استطاعو | بنجاح دمج پروتوپلاستي
البندورة والبطاطا. وما زالت هذه المحاولات في مهدها؛ إذ لم ينجح الإنسان بعد في
دمج بروتوبلاستي نباتين لا يكن تربيتهما بالطرق الوراثية التقليدية .

1 الإنتاج الحيواني

شهدت بداية القرن العشرين ولادة علم الوراثة Genetics‏ « الذي كان وريثا لعلم
الخلية والتحليل Mendelian , Jal‏ . وبتطور علم الوراثة» تبلورت مفاهيم علمية في
غاية الأهمية للحفاظ على (gli‏ وعلى القدرة على التكيف والتطور» مثل التنوع
الوراثي والتنوع الحيوي ومكنز الجينات . ولتبيان أهمية ما سبق» أشار رندل
وروبرتسن )1950 (Rendel and Robertson,‏ إلى محدودية التحسين الورائي الذي
يمكن تحقيقه» حتى على صعيد زيادة إنتاجية الحليب لقطيع من الحيوان حين يكون هذا
القطيع صغيرا ومعزولا. لكن»ء في بحث آخرء أوضح هذان العالمان إمكانية تحقيق
التحسين الوراثي على الأبقار عبر أربع وسائل» هي: استخدام الثيران لتحسين
الثيران» أو الثيران لتحسين الأبقار. أو الأبقار لتحسين الثيران» أو الأبقار لتحسين
الأبقار. وقد أدت هذه المعادلة إلى إمكانية التنبوء بالتحسين الوراثي ؛ اعتمادا على
مفاضلة الاختيار الوراثي المتوقع تحقيقه » وعلى قابلية توريث الصفة قيد الاختيار.

من جهة أخرى» أدى اختراع وسيلة الإخصاب الصناعي إلى التسريع في عمليات
التحسين الوراثي عن طريق اختبار المواليد Progeny‏ الجدد على مستوى قطعان
مختلفة s‏ ما Hyg! uel AE] J 38 duel‏ تلك

وبسبب التفاوت في تحديد المعايير الوراثية» كان الادعاء بالتحسين الوراثي موضع
شك في كثير من الأحيان؛ الأمر الذي استدعى نشر الأساليب المثلى لقياس مثل ذلك

AA}

التحسين في مؤتمر عقد خصيصا لتلك الغاية في أوتاوا عام e AOA‏ بعنوان:
(Robertson, 1960) Symposium of Biometerical Genetics‏

إضافة إلى ما سبق» استخدمت أساليب في التحسين الوراثي لم تكن معروفة حتى
فترة قصيرة» أهمها: تكنولوجيا oth‏ الموسوم ب Marker gene‏ ؛ وزراعة الأنسجة
الحيوانية» التي كانت حتى نهاية الثمانينيئات من القرن العشرين حكراً على الأنسجة
النباتية» والتي استخدمت لغايات إكثار الأصناف النباتية ذات الصفات أو SEY‏
الإنتاجية المرغوب فيهاء أو انتقاء الطفرات النباتية الملائمة لغايات محددة» كمقاومة
الجغاف أو الملوحة أو بعض الأمراض الشيروسية أو البكتيرية أو الفطرية؛ وأخيراً
تكنولوجيا نقل الجينات «Gene transfer‏ التى تثير زوبعة من الجدل القانونى
SEV‏ بت all‏ طبري التي يكن Obed al) ue pie aT‏ ف CANS‏
l PT‏

ترتب على كل تلك المنجزات العلمية استنباط أصناف فائقة الصفات الإنتاجية على
صعيد اللحم أو الحليب. على سبيل SU‏ استنبط صنف البقر هولستين Holstein‏
الذي يعد أكثر الأصناف البقرية إنتاجا للحليب في العالم في المناطق الباردة أو
المعتدلة؛ كما استتبط الصنف الفريزيان الأستر الي «Australian Friesian Sahiwal‏
وهو الصنف المتفوق عالميا في إنتاج الحليب في المناطق الحارة نسبيا (موقع الكتروني
خاص ب (Department of Animal Science, Oklahoma State University‏ .
ولتوضيح التطور في مجال الوراثة الحيوانية» وتجدر الإشارة إلى الهجين المعروف باسم
t Beefalo JUL.‏ وهو حيوان مولد من الجاموس البري المعروف باسم بيسون
Bison‏ والبقر من صنف بوفين Bovine‏ . ويمتاز هذا الهجين بصفات الجاموس البري»
التي أهمها صلابة العود والقدرة الفائقة على الرعي وسهولة التوالد ونوعية اللحم؛
وبصفات البقر البوفين التي أهمها وفرة إدرار الحليب والخصوبة المرتفعة وسهولة
الانقياد. وكان من المتعذر مزاوجة هذين الحيوانين حتى الستينيات من القرن الماضي
(American Beefalo Registry)‏ . إضافة إلى ما سبقء طور لازارو سپلنزاني
Lazaro Spalanzani‏ أسلوب التلقيح الاصطناعي الذي طبقه على قطعان البقر؛ ما

DAY

آ. د. طالب ssl‏ شرار
ترتب عليه تأسيس أول جمعية أمريكية للتلقيح الا صطناعي للأبقار في بلدة كلنتون

۷ الصناعات الغذائية

ارتبطت التطورات في مجال الصناعات الغذائية بتطورات في مجالات أخرى .
على سبيل «Ji‏ أدى التوسع في مساحة الرقعة الزراعية المستثمرة في إنتاج محصول
فول الصويا والزيادة الملحوظة في إنتاج الحبوب في الستينيات والسبعينيات من القرن
العشرين» نتيجة للثورة الزراعية» إلى توسع كبير في مجال إنتاج اللحوم؛ ومن ثم
تطوير تكنولوجيا حفظ اللحوم واستخلاص الزيوت النباتية وتصنيع الأغذية وحفظها.
أدت تلك التغيرات إلى ترسيخ أسس علم وتكنولوجيا الأغذية والتصنيع الغذائي
واحداً من الحقول المعرفية المتميزة التي اختطت هويّتها المستقلة منذ منتصف الخمسينيّات
من القرن العشرين . ففي مجال حفظ الأغذية» استنبطت وسائل لم تكن معروفة من
قبل» أهمها: التجميد» والتشعيع (التعقيم بتعريض الأغذية إلى جرعات محسوبة من
أشعة غاما)» والتسخين بالموجات الميكروية Microwave‏ والتعليب» والتعقيم .

وبسبب ازدهار صناعة البتروكيماويات» ازدهرت صناعة التعليب . كما أدى النمو
الحضري وازدهار وسائل المواصلات» ما في ذلك غزو الفضاء» إلى استنباط أنواع
من الأطعمة لم تكن معروفة من قبل e‏ مثل : الأطعمة الجاهزة والمحاكية Imitational‏
and fabricated foods‏ للأطعمة التقليدية» والأطعمة الخاصة Convenience‏
«foods‏ وأطعمة رواد الفضاء Space food‏ .

ومع اقتراب القرن العشرين من نهايته» برز مجال إبداعي جديد هو التكنولوجيا
Biotechnology à 41‏ التى أظهرت بواكيرها أنه من الممكن استنباط طرائق جديدة
في إنتاج الغذاء؛ NOE‏ جينات الكائئات الحية» سواء الميكروبية المحولة
للأغذية أو المخلّقة لهاء من مواد أولية غير صا حة للاستهلاك البشريء أو للنباتات
المنتجة للغذاء التقليدي .

DAY

A‏ ملم الترية

يعد علم التربة علماً un‏ نسبياً؛ إذ لا تنعدى بداياته الزمنية ‏ بوصفه علماً مستقلا
- منتصف القرن التاسع عشر . في تلك الفترة» تزايد الاهتمام بالتربة من منظور عملي
مرتبط بنمو النبات وتغذيته ؛ الأمر الذي وضع وظيفة التربة - من حيث إنها وسط لنمو
النبات - على محك اختبار المفاهيم التقليدية السائدة» التي كان أهمها أن النبات يتغذى
على محتوى التربة من المادة العضوية بكيفية شبيهة بتغذية الحيوان. والحق أنه حتى
منتصف القرن التاسع عشرء كان الاعتقاد السائد أن المادة العضوية تتحلل بفعل
الأكسدة الكيميائية» وليس الحيوية» التي تقوم بها ميكروبات التربة التي لم تكن
معروفة حتى تاريخه. فقط في العقد الأخير من القرن التاسع عشر وبداية القرن
العشرين» اكتشف الدور الميكروبي في عملية تحلل المادة العضوية وإطلاق أيون
الأمونيوم عام ۱۸۹۳ على يدي كل من «JUS jua‏ ومونتّزء وكودن Marshal, Muntz,‏
«and Coudon‏ وفي عمليتين حيويتين إضافيتين هما عملية النترتة» أي أكسدة
الأمونيوم ميكروبيا إلى نترات » عام ۱۸۹۱ على يدي فاينوغرادسكي Winogradsky‏ ¢
وعملية التثبيت الحيوي للنتروجين الجوي (Ny)‏ عند توافر مادة عضوية كافية في التربة
على يدي كل من قاينوغرادسكي عام 1۸۹۳ وبيجرينك Beijerinck‏ عام ۱۹۰۱
(Waksman, 1952)‏ . واستمر أولعك العلماء ETIT‏
لاحقاء خاصة فيما يتعلق بتلبيت التتروجين الجوي» الذي أصبح معروفا أنه أنه يمكن أن
يتم بو اسطة البكتيريا الحرة «Azotobacter‏ أو في عفّد جذور البقوليات بواسطة
بكتيريا الريزوبيا cRhizobia‏ حيث يجري اختزاله إلى حمض أميني . وفي عام ١9457‏
استطاع بورس وولسون Burris and Wilson‏ أن يقدما الدليل القاطع على حدوث
عملية التثبيت الحيوي للنتروجين» باستخدام نظير النتروجين CON) Vo.‏ للتحقق من
مصدر البروتين المكون لإنزيم التتروجينيز الذي يتوسط في عملية تثبيت النتروجين
الجوي )1976 Ul . (Stanier et al.,‏ بالنسبة لعملية النترتة» Ley‏ يكون پاستور Pasteur‏
أول من أشار إلى دور البكتيريا في تلك العملية عام VAT‏ عند دراسته لعملية تنقية
المياه العادمة . وفي الفترة من العام VY‏ إلى العام ast 144٠‏ الاهتمام في سجال

غم

آ. د. طالب JLA gal‏
ميكروبيولوجيا التربة من تشخيص البكتيريا وتعريفها إلى اكتشاف الميكروبات
والكائنات الدقيقة الأحرى» مثل : الفطريات والأكتينومايسينات والطحالب والديدان
الثعبانية Nematodes‏ ويرقات الحشرات› وعلاقة تلك الكائنات بعضها ببعض € وتأثير
ذلك على خصوبة التربة.

ومع بداية ا لحرب العالمية الثانية» توجه الاهتمام في مجال ميكروبيولوجيا التربة من
التطبيقات الزراعية إلى التطبيقات المرتبطة بشؤون الحرب. وكان من أهم تلك
التطبيقات: إيجاد طرق لمكافحة تلف المواد التموينية الناجم عن العفن الفطري›
والبحث عن وسائل لمقاومة الحرب البيولوجية» واستنباط ميكروبات قادرة على إنتاج
كيمائيات تستخدم في علاج أو مقاومة العدوى أو الأوبئة التي تنتشر في أيام الحرب .
من المهم بمكان الإشارة إلى المساهمة المتميزة لميكروبيولوجيا التربة في استخلاص
مشتقات البكتيرياء مثل : غرام سيدين Gramcidin‏ وتايروسيدين t Tyrocidine‏
إضافة إلى المضادات الحيوية المستخلصة من الفطريات» fre‏ : ينسيلين Penicillin‏
وغليوتوكسين Gliotoxin‏ وكلافسين c Clavicin‏ وتلك المشتقة من الأكتينوميسينات»
مثل : الأكتينوميسين وستربتوثريسين وستربتوميسين وكلورامفينيكول وتيرامسين
ecg)‏

كان مفهوم التغذية العضوية للنبات مفهوما شائعا منذ أيام الإغريق» ولم تطرأ عليه
تغيرات جوهرية إلى أن بدأ العلم يحل لغز البناء الضوئي مع بدايات القرن التاسع
عشر. فأصبح UKE‏ بتجارب بسيطة» اكتشاف مساهمة التربة في تغذية النبات
المقتصرة على تزويده باحتياجاته من العناصر الغذائية المعدنية فقط . وكان العالم
البروسي ليبغ J. von Liebig‏ )1840( من أوائل من توصلوا إلى هذه النتيجة. Lal‏
المنظور الثاني فقد كان أكاديميا مجرداء وكان معنيا بالتعامل مع التربة من حيث إنها
منظومة طبيعية تتطور من الصخر CIM‏ أو من أية مادة رسوبية أخرى» لتصبح تربة
بالمفهوم العلمي المجرد. ويسمى هذا الحقل المعرفي في يومنا هذا علم البيدولوجيا
Pedology‏ ؛ أي علم التربة . OUS‏ السبق فيه للعلماء الروس» خاصة دوكيوشييف
LO Y LAE) Vasily Dockuchayev‏ الذي he‏ على صعيد الشرق والغرب معا

DAG

الرائد والمؤسس لهذا العلم .

مع بدايات القرن العشرين» ترسخت مفاهيم علم البيدولوجياء وابتدأ علماء
كثيرون في وضع أسسه النظرية» خاصة ما يعرف بعوامل تكوين التربة؛ ومن أهمهم :
CVA ANAT) K. D. Glinka te‏ ونويستروييف S.S. Neustruyev‏
AAYA AAYE)‏ وتشارلز كيلوغ (\4VV_\4+Y¥) Charles E. Kellogg‏
(Wilding et al., 1983)‏ وفي الفترة المبكرة نفسهاء عبر العالم الأمريكي هانس
جني Hans Jenny‏ عن مدى تطور التربة على صورة دالة رياضية في عوامل تكوينها
المحصورة في طبيعة مادة الأصل» والمناخ, والمادة العضوية الحية» والطبوغرافياء
والإنسان.

ومع بدايات القرن العشرين أيضاء انصب الاهتمام في الولايات المتحدة بشكل
خاص على فهم العمليات الكيميائية والفيزيائية والحيوية المرتبطة بدور التربة» بوصفها
بيئة طبيعية لنمو النبات . من هنا اشتق حقل معرفي جديد أطلق عليه علم الإيدافولوجيا
t Edaphology‏ ومنه تفرعت معارف متخصصة» من أهمها: كيمياء التربة» وفيزياء
التربةء وخحصوبة التربة» وتغذية oll‏ وميكروبيولوجيا التربة» وبيوكيمياء التربة.
وفي كل من تلك الحقول» كانت هنالك إسهامات علمية متميزة» Ley‏ كان أهمها تعرّف
احتياجاث الثبات من العناصر الغذائية المعدنية . Jy‏ هذا الصدد» قد plan,‏ الفصل بين
الإنجازات العلمية في حقلين معرفيين مستقلين: خصوبة التربة وكيمياء التربة من جهة»
وتغذية OL‏ وفسيولوجيا النبات من جهة أخرى. وحسب رأي أرنون canas‏
«(Arnon and Stout‏ حدد فى بدايات القرن العشرين كل العناصر المعدنية
الأساسية اللازمة لنمو النبات Essential mineral nutrients‏ . قبل sel alu ets‏
أن النبات يحصل على غذائه الجاهز من التربة بكيفية تشبه حصول الحيوان على الغذاء؛
وهي آلية تعود في جذورها إلى الإغريق» ومن بعدهم العرب والمسلمين» وفيها الكثير
من المحاكاة لتغذية الحيوانات وغوها.

يعرف العنصر الأساسي بأنه العنصر الذي من دونه لا يستطيع النبات أن يكمل دورة
حياته الطبيعية . وفي حالة عدم توافره» لا يکن لعنصر آخر أن يؤدي وظيفته التي هي

OA

؟.د. طالب od‏ شرار

مرتبطة بتغذية النبات؛ كأن يكون مكونا لأحد المركبات الحيوية النباتية Structural‏
«element‏ أو عنصرا ضروريا لنشاط واحد من الإنزيمات النباتية Coenzyme‏ على
الأقل )1979 (Mengel and Kirkby,‏ . لقد عرفت تلك العناصر بالتفصيل» وهي :
الكربون (OC)‏ والهيدروجين COD‏ والأكسجين CO)‏ والنتروجين UND)‏ والفسفور
CP)‏ والكبريت (S)‏ والبوتاسيوم CK)‏ والكالسيوم «(Ca‏ والمغنيزيوم (Mg)‏
والحديد «(Pe)‏ والمنغنيز (Mn)‏ والنحاس (Cu)‏ والزنك (MO) d. ll (Zn)‏
والبوروة (Cl) Sy (B)‏ كسا عرقت يعض العناضن بأنهنا أشاسية aed‏
النباتات فقط » وهي : الصوديوم (213)» والسيليكون e (Si)‏ اللذان اتضحت أهميتهما
لبعض النباتات المحبة للملوحة المفرطة «Halophytes‏ وعنصر الكوبالت المهم
للبكتيريا العقدية المثبتة للنتروجين الجوي» التي تعيش بصورة تكافلية في عمد جذور
النباتات البقرلية )1962 .CReisenauer, 1960; Kliewer and Evans,‏ في البداية»
اكتشف دور النتروجين والبوتاسيوم والفسفور بصفتها pole‏ غذائية نباتية كبرى .
وبالنسبة لتلك العناصرء من غير المعروف التاريخ الدقيق لاكتشاف أهميتها الغذائية؛
لكن من الموثق أن هاربر وبوش Harbor and Bosch‏ قد طورا طريقة à‏ لإنتاج الأمونيا
بواسطة اختزال النتروجين الجوي؛ ثم استخدمت تلك الطريقة في إنتاج الأسمدة
التتروجينية الكيميائية عام ۱۹١١‏ ؛ أي أن أهمية النتروجين من حيث إنه عنصر غذائي
كانت معروفة قبل ذاك التاريخ . وفي الواقع » اكتشفت العناصر الغذائية الكبرى كافة في
القرن التاسع عشر؛ إضافة إلى عنصري الحديد والمنغئنيز» اللذين اكتشف دورهما
الحيوي في تغذية النبات عام VAT‏ وبتطور طرق التحليل الكيميائي» شهدت العقود
الأربعة الأولى من القرن العشرين استكمال اكتشاف دور بقية العناصر الغذائية
الصغرى في تغذية النبات» وهي: البورون عام 1۹۲١‏ والزنك عام ١۱۹۲ء‏
والنحاس عام CYAY Y‏ والموليبد والكلور وبقية العناصر الغذائية الأخرى عام
۹ .

لقد ارتبطت الإنجازات الرئيسية في مجال خصوية التربة وتغذية النبات بالإنجازات

OAY

العلمية في مجال كيمياء التربة. على سبيل المثال» كان للتطور الكبير في حقل
الديناميكا الحرارية لمحلول التربة والتبادل الأيوني على معقد التربة (الذي ابتدأت
معالجته بشكل متكامل في الثلاثينيات من القرن العشرين على يدي Vanselow jJ pls‏
من جامعة كاليفورنيا في ريشرسايد) أثر كبير لاحق في فهم كيمياء العناصر الدقيقة ؛
كالألمنيوم» أو العناصر الثقيلة كالكادميوم والرصاص» وسميّتها. وتجدر الإشادة في
هذا المقام بالمساهمات المتميزة في السبعينيات والثمانينيات من القرن العشرين التي قام
بها کل من فرد آدمز Fred Adams‏ من جامعة كولورادو الأمريكية» وغاريسون
سبوزيتو Garrison Sposito‏ من جامعة كاليفورنياء التي أرست دعائم حقل معرفي
جديد في مجال كيمياء AM‏ الذي أضحت له لاحقا تطبيقات متعددة في مجالات
الكيمياء البيئية وكيمياء التربة» وكيمياء المياه. وفي هذين العقدين» ازداد الاهتمام
بالعوامل المؤثرة على كفاءة استعمال الأسمدة من طرف LSI‏ كتطاير الأمونيوم» أو
غسيل النترات عميقا إلى المياه الجوفية» أو التحولات البيوكيميائية للأسمدة النتروجينية
المختلفة» وامتزاز الأسمدة الفوسفاتية أو ترسيبها.

على صعيد الإنجازات في مجال كيمياء التربة البحتة» ربا لم يستحوذ موضوع على
اهتمام الباحثين كما فعل تعرف ماهية التربة من حيث إنها مبادل أيوني ؛ أو بمعنى آخر
طبيعة التفاعلات التي قد يتعرض لها أيون معين عند إضافته الى التربة. لقد جرت
محاولات بسيطة في النصف الثاني من القرن التاسع عشر لتقديم إجابات محددة لمل
هذا التساؤل» كان من أهمها: الأعمال المبكرة لثرميسون H.S. Thompson‏ .
المزارع الإنجليزي من مقاطعة يوركشاير» الذي حاول عام وما تفسير ظاهرة خروج
محلول كبريتات الكالسيوم من أسفل عمود من التربة عند سقايته بمحلول من كبريتات
الأمونيوم. بالطبع» لم تكن تفاعلات التبادل الأيوني معروفة آنذاك. فحاول ثوميسون
أن يستعين بكيميائي شاب هو ثوماس وي J. Thomas Way‏ الذي كان يعمل
مستشارا لدى الجمعية الزراعية الملكية» والذي أجرى بدوره مجموعة إضافية من
تفاعلات التبادل الأيوني» وخلص إلى مجموعة من الاستنتاجات التي كان معظمها
غير دقيق أو مغلوطاً؛ لكن بعضها كان صحيحا إلى حد كبير» خاصة فيما يتعلق بطبيعة

DAA

آ. د. طالب آبو شرار

التربة بصفتها مبادلاً أيونياً. وفي الحقيقة» استحوذ الاهتمام بالطبيعة التبادلية الكيميائية
للتربة على اهتمام عاملين في حقول كيميائية غير كيمياء التربة» نظرا للأهمية التطبيقية
الفائقة لهذه الظاهرة في مجالات تكنولوجية متعددة» أهمها: تنقية المياه من الملوئات
المختلفة العضوية والمعدنية. ومن أهم الإنجازات في هذا الحقل : الأعمال المبكرة لكلي
Kelley‏ عام CY YE‏ الذي لاحظ أن بإمكان التربة تبادل الكاتيونات (الموجبة
الشحنة)؛ لكنها لا تستطيع تبادل الأيونات (السالبة الشحنة). وفي فترة لاحقة»
أوضح ريتشارد برادفيلد الأمريكي Richard Bradfield‏ عامي ۱۹۲۳ و916١ dank‏
التبادل الكاتيوني بين كاتيون قلوي وكاتيون الألمنيوم المتبادل على تربة حمضية؛ تلك
الطبيعة الشبيهة بتفاعل الحمض الضعيف مع قاعدة قوية. إضافة إلى ما تقدم» KE‏
åy‏ ومارشال (Y AY £) Paver and Marshall‏ من حل اللغز الأخير في فهم سلوك
التربة الحمضية ؛ فقد أوضحا أنه باستطاعة أيون الهيدروجين المتبادل على معقد التربة
الحمضية أن يحرر الألمنيوم البلوري من موقعه في بناء معادن الطين ليُصبح بدوره

تيونا متبادلا . كانت هذه الفرضية نقلة نوعية فسرت بشكل صحيح السلوك الغريب
Sea,‏ هة عة سادا يكاتيون MON T‏ أو الكالسيوم» الذي يعود إلى
الطبيعة الحمضية الضعيفة لكاتيون الألنيوم المتعدد ثوابت التأين .

من جهة أخرى» كانت هنالك تركيزات على الطبيعة القلوية والملحية للتربة تعود
بداياتها إلى عام 1107 في ولاية كاليفورنيا الأمريكية على يدي يوجين
هيلغارد «Eugene Hilgard‏ الذي حدد العامل المسؤول عن تدهور صفات التربة
القلوية؛ وهو زيادة محتوى التربة من ملح كربونات الصوديوم. كما كانت هنالك
إضافات من هيسينك Hissink‏ عام ۷١۱۹ء‏ الذي لاحظ أن احتواء التربة المقتطعة من
البحر على تركيز Se‏ من الصوديوم يؤدي إلى تدهور صفاتها الفيزيائية » خاصة قابليتها
لصرف الماء الزائد. أما غيدرويز cGedroiz‏ فتوصل عام ١917‏ إلى معلومة مفادها أن
غسيل التربة الخصبة المسماة شير نوزيم ele Chernozem‏ غني بملح كلوريد الصوديوم
يؤدي إلى تطور ظاهرة القلونة في تلك التربة وسيادة ملح كربونات الصوديوم فيها.
وأخيراء كان لا بد من عمل ضخم تراجع فيه التطورات العلمية كافة التي شهدها

DAA

النصف الأول من القرن العشرين؛ فجاء الكتاب الشهير «تشخيص التربة الملحية
والتربة القلوية واستصلاحهما»؛ الذي أعده فريق من العاملين في مختبر الملوحة
الأمريكي في بلدة ريشرسايد جنوبي كاليفورنيا )1954 ,115515). وظل مرجعاً
تعليمياً في معظم جامعات العالم لأعوام عدة .

على صعيد البنية البلورية لمعادن التربة» كان هنالك إنجاز لامع يعود السبق فيه إلى
هندركس وفراي )1930 «(Hendricks and Fry,‏ وكلى وزملاثه Kelley et al.,)‏
1) الذين استطاعوا مستقلين أن يثبتوا باستخدام int Yi age‏ السينية أن Soles‏
الطين الغروية لها بنية بلورية؛ ما فتح الباب على مصراعيه» لاحقا وفي زمن قصيرء
لتعرف البنية البلّورية للمعادن الرئيسية كافة الموجودة في الجزء الغروي من التربة.
وأدى هذا الكشف الى تفسير كثير من الظواهر الكيميائية والفيزيائية التي كانت أسبابها
حقلاً للاجتهادات في السابق» مثل: التفاوت في قدرة التربة على احتجاز الرطوبة ؛
أو قدرتها على التبادل الأيوني؛ أو اتتفاخ بعض أنواع التربة واتكماشها مع زيادة
رطوبتها أو جفافها؛ أو احتلاف معامل غيض الماء في التربة باختلاف معادن الطين
السائدة فيها. ويجدر التنويه بصاحبي الفضل الأول في هذا المجال؛ وهما [سير]
وليم هنري براغ Bragg‏ وابنه وليم لورنس براغ اللذين حازا جائزة نوبل عام 21918
لتطويرهما تكنولوجيا الكشف عن البنية البلورية للمعادن باستخدام تقنية حيسود
الأشعة السينية X-ray diffraction technique‏ .

4 علم الري

لا يمكن تقييم المنجزات التي تحققت في مجال الري بمعزل عن تلك التي تحققت في
مجالات علوم التربة المختلفة » خاصة في مجالي فيزياء التربة واستصلاح الأراضي ؛ إذ
تتداخل هنا مرتكزات أساسية لكلا الحقلين مع منجزات هندسة الري» كمعضلات
نفاذية التربة» وغسيل الأملاح الذائبة» وحركة الماء في قطاع التربة تحت ظروف التشبع
أو عدمه. بمعنى آخرء عملت منجزات علوم التربة على حفز الإبداع في مجال
NT‏ على سبيل المثال» تشير مقالة حول الري الزراعي في الولايات المتحدة
(US Bureau of Census, 1996)‏ إلى أنه ١1545 ple‏ كان هنالك قرابة 7 4 مليون إيكر

0۹۰

أ.د. طالب gol‏ شرار

من الأراضي الزراعية المروية ؛ أي ما يعادل 50,6 / تقريبا من مجمل الأراضي
الزراعية البالغة 4١‏ مليون إيكر . ومع أن معظم الأراضي الزراعية الأمريكية ما زالت
تروى بالقنوات المفتوحة Yo, ١(‏ مليون إيكر). فإن المساحات المروية بنظام الرشاشات
أو بالتنقيط في تزايد مستمر؛ ]3 ازدادت مساحة الأراضي المروية بالرشاشات خلال
الفترة ۱۹۸۸ و ۱۹۹٤‏ بمقدار gale Y‏ إيكر لتصبح VV, ٩‏ مليون إيكر؛ كما تضاعفت
مساحة الأراضي المروية بالتنقيط خلال الفترة نفسها لتصبح ١,۷۵‏ مليون إيكر . إن
الحاجة إلى ري مثل تلك المساحات الكبرى من الأراضي الزراعية المروية لا بد أن تكون
ساهمت إلى حد كبير في عمليات تمويل منتجات أنظمة الري وانتشارها واستهلاكها .

رما لا تعطي الأرقام الخاصة بالولايات المنحدة فكرة كافية حول الحاجة إلى تطوير
تكنولوجيات ري تتغلب على المعضلات الناجمة عن التوسع في رقعة الأراضي
الزراعية المستصلحة» وتقنين الاستهلاك المائي لتوجيه الفائض من المياه نحو الأرض
العطشى المستصلحة . يبين الجدول )١(‏ إحصائية عالية مشتقة من FAO Production‏
Yearbook‏ توضح مساحات الأراضي الزراعية القابلة للزراعة» وتلك المزروعة
فعلاء ومساحات الأراضي المستغلّة في الرعي .

0۹۱

erent rN RE PRIEST SCSI WO SE SE CC CLARA HH»

الجدول )1(

مساحات الأراضي الكلية والقابلة للزراعة والمزروعة Wad‏ حسب المنطقة الحغرافية.

المساحةالأرضية الأراضي القابلة | الأراضي الزراعية أراضي المراعي Y)‏
اللكلية | للزراعة (× من |(2 من المساحة | مسن الأراضي
(ألف كيلومتر مريع) | المساحة الكليّة) | (A ES‏ | القابلة للزراعة)

yy Y

$14 YYYAR إطريقيا‎
mo Jo e |

AY

& [o owe p eme
[o qo سجاه الاو‎ l e

يتضح من هذا الجدول تدني نسبة الأراضي المزروعة فعلا من جملة مساحة
الأراضي القابلة للزراعة في قارتي إفريقيا وأستراليا بشكل خاص . بالنسبة لأستراليا:
السبب الرئيسي هو عدم توافر مياه للري؛ لكن بالنسبة لإفريقيا: الأسباب متعددة»
أحدها عدم توافر مياه للري في بعض أقطارهاء وسوء إدارة الموارد الأرضية والمائية
بالنسبة للعدد الأكبر من تلك الأقطار. من هناء فإن الحاجة ماسة جدا في الأقطار التي
تعاني من شح مواردها المائية» كغالبية الأقطار العربية» إلى الأخذ بأساليب الري
الحديثة لتعظيم الفائدة من عائد المياه المستغلة في الري» الذي يكن تعريفه بشكل مبسط
أنه عدد لترات ماء الري اللازمة لإنتاج كيلوغرام واحد من محصول معين. وفي
الواقع » كان هذا الهدف. ولا يزال» الهاجس الأول للعاملين في هذا المجال. وتوضح
الفقرة الآتية أهم المنجزات العلمية في هذا الحقل المهم › التي تصب بمجملها في هدف
وحيد هو زيادة كفاءة استعمال مياه الري :

© | > | oe] = | مم‎
< E 0 -A <
<
n

0۹۲

-في عام 1977 » اخترع رالف بيرشال à Le Ralph L. Pershall‏ لقياس تدفق
المياه عدت في حينه ثورة تكنولوجية في مجال قياس كميات مياه الري المتدفقة Ju‏
الحقول الزراعية» وما زالت تستخدم .

-في عام ۱۹۳۳ء اخترع أول نظام للري بالرش على يدي أورتن إينغلهارت
«Orton Engelhart‏ مزارع الحمضيا ت الأمريكي» الذي أطلق عليه تعبير
Spring-activated horizontal impact arm-driven sprinkler‏ . وبعد ذلك اسمن
أورتن شركة Rain Bird Sprinkler‏ في غليندورا /كاليفورنيا. وفي عام 2191/7
اخترع مزارع الحمضيات الأمريكي توم ثاير cTom Thayer‏ من ولاية فلوريداء نظام
الري بالرش المعروف باسم ماكسي جت C Maxijet‏ الذي يعمل بنظام الرأس النفاث»
الذي عد ثورة في مجال توفير مياه الري . BLT‏ عام ١١۱۹ء‏ فقد أدخل رجل الأعمال
الأمريكي إدوين هنتر البلاستيك الحراري» لأول مرة» في صناعة رؤوس أنظمة الري
بالرش؛ وكانت حتى تاريخه تصنع من النحاس . وأما في عام 21987 فقد أدخل
إدوين نظام الري بالرش الدوراني إلى المسطحات المنزلية والحضرية» الذي عرف لاحقا
باسم PGP‏ وأصبحت صبحت أكثر الرؤوس الدوارة مبيعاً في تاريخ صناعة الري بالرش .

W.O.Ree مهندسو دائرة حفظ التربة الأمريكية بقيادة ري‎ jE > TM
تجارب حقلية على سوائليات (هيدروليكا) قئوات المياه المعشوشبة التي أدت إلى تطوير‎
آلف كيلومتر من قنوات الياه في الولايات المتحدة؛ ما‎ ۸٠١ تصاميم ناجحة لأكثر من‎
. ساعد على تصريف مياه الفيضانات وحد من انجراف التربة‎

- طور فرانك زيباك Frank Zybach‏ عام 1107 نظام الري بالرش المحوري
Center-pivot irrigation system‏ .

- في عقد الستينيات» Gb‏ نظام الري بالتنقيط . ويعد الأمريكي ريتشارد دك
Richard Dick‏ الأب الروحي لهذا النظام» نظرا لمساهماته المتميزة في صناعة أنابيب
الري بالتنقيط في أعوام الثلث الأخير من القرن العشرين ؛ مثل تصنيع أنبوب الري
المزدوج الجدارء الذي كان ينتهي عند النبات بمجموعة أنابيب رفيعة تشبه خيوط

oA

المعكرونة . وكان دك أول من استخدمه في الولايات المتحدة ؛ بل كان أول من استخدم
تكنولوجيا الدثار البلاستيكي هناك .

.٠‏ الترية والمياه والبيئة

لم يستمر الاهتمام بالتربة بوصفها وسطاً لنمو النبات قترة طويلة بعد متتصف القرن
العشرين؛ بل ابتدأ اهتمام آخر يطفو على السطح تدريجياء مجبرا (علمي) البيدولوجيا
والإيدافولوجيا على إفساح حيز رحب له على حسابيهما. والحق أن (علم)
البيدولوجيا تجمد تقريبا مع بداية الثمانينيات باختراع نظم لتصنيف التربة على غرار
تصنيف النبات والحيوان؛ من أهمها: النظام الأمريكي » الذي عرف في بداياته بنظام
التقريب السابع Seventh approximation‏ ؛ ونظام منظمة الأغذية والزراعة الدولية
«FAO system‏ والنظام الروسي الكلاسيكي .

Ul‏ بخصوص علم الإيدافولوجياء فقد بدأت تحولات في الاهتمامات تشق طريقها
بقوة منذ الخمسينيات من القرن العشرين . وتمثلت تلك الاهتمامات في التعامل مع
التربة من حيث إنها مفاعل حيوي وكيميائي . من هناء ازداد الاهتمام كثيرا بعلوم التربة
ذات العلاقة بالبيئة» مثل فيزياء وكيمياء وبيوكيمياء وميكروبيولوجيا التربة. إضافة إلى
ماتقدم» دخلت إلى الحلبة معارف مستحدثة ؛ أهمها: نظم المعلومات الجغرافية»
والاستشعار عن بعد» والإحصاء الجيولوجي (جيوستاتيستكس)؛ وكلها تطبيقات
مرتبطة بالتطورات في مجال علوم الفضاء والاتصالات والحاسوب . لقد أحدثت تلك
التطبيقات نقلة نوعية في نظرتنا إلى التربة من المنظور المجهري التقليدي إلى المنظور
الجاهري الشمولي ؛ وهو منظور يتعامل مع التربة من حيث إنها أحد عناصر المنظومة
البيئية» ويعنى بكيفية التعبير عن التغاير المكاني والزماني في صفات التربة» بأسلوب
Sa as‏ الاش ولي CLS‏ ا جر وات Eie‏ دو
واستمد هذا الاهتمام زحمه من الاهتمام العالمي المتنامي بالبيئة . ولكون التربة أحد أهم
العناصر البيئية» فقد تصاعد الاهتمام العلمي بهاء ولم يعد تدريسها حكرا على أقسام
التربة في كليات الزراعة ؛ بل امتد ليشمل أقسام البيئة أو الحيولوجيا أو المياه أو الهندسة
المدنية أو هندسة البيئة في معظم الجامعات العريقة .

PY?

أ. د . طالب gol‏ شرار

من ناحية تاريخية » تعود بدايات الاهتمام بالبيئة إلى الستينيات من القرن العشرين
لسببين رئيسيين : الأول مستمد من الزيادة غير المنضبطة في عدد سكان العالم الذي
أدى إلى أزمات في توفير الغذاء لسكان أقطار العالم الثالث ؛ والثاني كان محركه كتاب
صدر qu Sol pe ۱۹۱۲ ple‏ الصامت (Silent Spring‏ لمؤلفته راشيل كارسون
«Rachel Carson‏ التي لاحظت اختفاء أسراب الطيور والحشرات النافعة من الحقول
الزراعية في فترة الربيع ؛ الأمر الذي دفعها إلى التساؤل حول الآثار الجانبية السلبية
لاستخدام المبيدات على الحياة البرية . فطرحت بذلك» لأول مرة» موضوع التلوث
البيئي الناجم عن اضطراد استخدام التكنولوجيا الحديثة في مجالات co»‏ المختلفة .
واتضح فيما بعد أن الأمرين عائدان لقضية واحدة هي الاستغلال المفرط لموارد الأرض
المتجددة والمستنزفة» التي أصبحت في وقتنا الراهن قضية الساعة . فيحتل موردا التربة
والماء حالياً مركز الصدارة في مجال الدراسات البيئية» خاصة قدرة التربة على
استيعاب الملوثات البيئية العضوية والمعدنية» وأساليب تدوير تلك الملوثات حيويا؛
ومن ثم إعادة توزيعها بيئيا

1١‏ أين نحن من تلك المتغيرات؟

على نقيض كل التمنيات» OLE Wha‏ كامل لأية مساهمة عربية ملموسة فى مجال
العلوم الزراعية المختلفة في القرن العشرين. ربما كانت هنالك بعض المساهمات غير
الموصولة التي غالبا ما تأخذ طابع الإنجازات الدراسية لطلبة الدراسات العليا العرب ممن
تلقوا علومهم في الجامعات الغربية؛ لكن مثل هذه المساهمات لا ترقى إلى مستوى
الإنجاز العلمي المتكامل الذي لا يتأتى من دون عمل مؤسسي مصحوب بمجالدة الأيام
والليالي عاما بعد عام. ولتحقيق ذلك» فإن الأمر بحاجة إلى مناخ علمي تفتقر إليه
بلادنا العربية . وللتدليل على قتامة الصورة» يعرض الجدول رقم (۲) توضيحا QUU‏
الكبير بين إنناجية العامل الزراعي العربي من بعض المحاصيل الزراعية الرئيسية؛
مقارنة جا هو الحال في الولايات المنحدة الأمريكية ؛ بالرغم من زيادة مساحة الأراضي
القابلة للزراعة وأراضي المراعي في البلاد العربية» مقارنة بالولايات المتحدة .

۵40

الجدول (Y)‏
مساحة الأراضي الزراعية وإنتاجية بعض المحاصيل في الوطن العربي مقارنة بالولايات المتحدة
الأمريكية LO)‏

الولايات المتحدة

المساحة القابلة للزراعة (مليون هكتار)

المساحة المزروعة (مليون هكتار)
المساحة المطرية (مليون هكتار)

المساحة المروية (مليون هكتار)

مساحة المراعي (مليون هكتار)

"Aden من‎ lalla qal Jalal Ayal

(©) محمد عبدالسلام . VAAA‏ الأمن الغذائي تلوطن العربي؛ المجلس الوطني للثقافة والفنون
والآداب؛ دولة الكويت ‏

orsi‏ هذه النتيجة السلبية» رغم وجود Vode‏ يقل عن VY‏ كلية زراعية منتشرة في
أرجاء الوطن العربي» كما يوضح الجدول PY‏ ويمكن استخلاص استنتاج من تلك
الملاحظة يوحي بوجود إشكاليات متعددة تحول دون الارتقاء بمستوى أداء العامل
الزراعي . وربما تكون إحدى أهم الإشكاليات تدني مستوى المعرفة لدى العاملين في
القطاع الزراعي ؛ أو بمعنى آخر تدني مستوى التعليم الزراعي في الوطن العربي . فإذا
علمنا أن أحد أهم مؤشرات الترقية العلمية لدى أعضاء الهيئات التدريسية في
الجامعات هو عدد البحوث التي يوفق عضو هيئة التدريس في نشرها سنوياء وإذا

051

ait. at‏ ابو شرار
افترضنا أن جزءا كبيرا من ذلك الإنتاج يحققه أساتذة الجامعات» فإنه يمكننا بسهولة
تعزيز الاستنتاج السابق بمراجعة الجدول (5) الذي يوضح فقر عضو هيئة التدريس
ا لجامعي العربي في مجال النشر العلمي» مقارنة بنظيره في الولايات المتحدة أو في
الدولة العبرية. ولكي لا نظلم أساتذة الجامعات العربية» OB‏ جزءا من مسؤولية
إخفاقهم وزملائهم في بقية أقطار العالم الثالث في تحقيق قدرات بحثية متفوقة يعود إلى
شح الموارد المالية المكرسة للبحث العلمي» كما يشير إلى ذلك الجدول (0)؛ ما يترتب
عليه تدني عدد العاملين في مجالات البحث والتطوير العلمي CVS Ad)‏ وتدني
حصة المواطن العربي من الإنفاق الوطني على البحث العلمي (الجدول ((V‏ مقارنة
بإنفاق الأقطار الصناعية المتقدمة (الجدول CA‏ والحق OT‏ هذه الملاحظة تعد معضلة بحد
ذاتهاء لأنها تقود إلى تساؤل في غاية الوجاهة: هل تخصص الأموال أولا لإعطاء
الباحث العلمي فرصة لتحقيق الذات وللنهوض من عشراته المبكرة؛ أم يجب على
الباحث العلمي إثبات قدراته قبل تكريس الأموال لدعم نشاطه البحثي 0€(

C)‏ غنيّ عن القول Sf‏ هذه الملاحظات gpd‏ على سائر التخصصات العلميّة. (المحرر)

04¥

الجدول (T)‏
عدد كليات الزراعة أو الكليات ذات العلاقة بالعلوم الزراعية في عدد من الأقطار العربية (*).

E "‏ ا

ji

ue

SRS:

( *) الأمانة العامة لاتحاد الجامعات العربية. عمّان. YASA)‏ اتصمال

04A

أ. د . طالب gal‏ شرار

الجدول(؛)
مساهمة الباحثين العرب ( من مجمل المساهمات الدولية) في المشورات العلمية؛ العالمية مقارنة
بمساهمتي الولايات المتحدة والدولة العبريّة (*).

مصدر
لبئان

الكويت
SE‏

Ce)‏ کامل المجلوني. /اذة ١‏ ؛ البحث العلمي ودوره وتوظيقه gà‏ الوطن
العربي؛ الجزء الأول؛ المؤتمر الثلاثون مجلس اتحاد الجامعات
العربية.

04۹

الجدول )9(
الإنفاق (مليون دولار أمريكي) على البحث والتطوير العلمي لبعض
الأقطار العربية لعامي 1947 و ٠۹۹٩‏ )8(

E
ص‎

i

Y.
t

>| 3
HRS
Cc et
e تا‎ |é
1

TY باه‎ YY,MY 3

Hf
[| >
<= r^
<
ral E
tif
"

at
a
X

:
3

E
t

<
m

~ —-
e حو‎ E
“i “jo

o
>

io, Y

<
~t
<
o
4
m

st
E
E
5

.هلام

S

=

È
t

e

t.

(*) Research and Development in the Arab States: Development
of Science and Technologhy indicators, 1998. Prepared for
UNESCO Cairo Office by Subhi Qasem.

أ. د. طالب sil‏ شرار
الجدول )3(

أعداد العاملين في البحث والتطوير العلمي لكل ألف من القوى العاملة في الأقطار العريية
مرتبة تنازلياً في العامين ۱۹۹۲و٦1۹4(*).‏

)*( Research and Development in the Arab States:

Development of Science and Technology Indicators, 1998.
Prepared for UNESCO Cairo Office by Subhi Qasem.

(Y) الجدول‎

نصيب الفرد الواحد من نفقات البحث والتطوير العلمي (بالدولار الأمريكي) لبعض الأقطار
العربية في العامين van ha‏ (*).

(*) Research and Development in the Arab States: Develop-
ment of Science and Technology Indicators, 1998. Prepared for
UNESCO Cairo Office by Subhi Qasem.

1Y

(A) الجدول‎

نصيب الفرد الواحد من نفقات البحث والتطوير العلمي (بالدولار الأمريكي) لبعض الأقطار غير
العربية في العامين ۱۹۹۰ و UD ۱۹۹٤‏

(*) Research and Development in the Arab States: Develop-

ment of Science and Technology indicators, 1998. Prepared for
UNESCO Cairo Office by Subhi Qasem.

^om

anli

Bec

مح أوائل القرن الحادي والعشرين» تدخل البشرية مرحلة متغيرات شمولية لم تألفها
عبر تاريخها الطويل. وستعمل تلك المتغيرات على إحداث تحولات جوهرية على
الصعيدين الاجتماعي والحيوي للإنسان. وتعود تلك المتغيرات» بالدرجة cula‏
إلى المنجزات التي حققت في مجالات العلوم الزراعية أو العلوم الوثيقة الصلة بالمعرفة
الزراعية؛ مثل : هندسة الجينات» وزراعة الأنسجة» وزيادة إنتاج الأغذية والتحكم
بمحتواها الغذائي بواسطة تلك الطرق؟ وربما إلى منجزات إضافية» أهمها: تطوير
تكنولوجيات تتعلق باستحداث الزراعة الفضائية » أو الزراعة على سطح القمر أو أي
كوكب آخر ككوكب المرّيخ . كل تلك المتغيرات ستضع الإنسان أمام DUT‏ جديدة من
العلاقات الاجتماعية التي تتحدى الخيال في الوقت الراهن» كاندثار التسلسل الوراثي

1

من الأبوين إلى الأبناء فالأحفادء وما يترتب على ذلك من منظومة القربى الإنسانية
وتغير طبيعة الاحتياجات الفسيولوجية والنفسية الإنسانية» كأشكال الطعام وكمياته
ومواقيته ؛ بل حتى إشباع الرغبات العاطفية والنفسية والجنسية .

Gus‏ هذه هي عجالة استقرائية من واقع حركة التغيير الذي لابد أن يأخذ مداه إما
عبر اندفاع سلس أو على كتف طوفان جارف . وفي الحالين» سيحمل الإنسان إلى
واقع يبدو أنه سيكون أقل رومانسية من واقعه الحالي . وسيتغنى الشعراء والأدباء في
المستقبل ببساطة الأيام الخوالي وعفويتها وطيبتها؛ تماماً كما نصنع نحن الآن حين
نلتفت قليلاً إلى الوراء .

تنويه

يؤكد المؤلف أنه لولا مساهمة بعض الزملاء أو دعمهم لهذا العمل لما أمكن إخراجه
بالصورة الحالية. وفي هذا الصددء لابد من الإشارة إلى مساهمات الزملاء LA‏

. أ. د أنور البطيخي» أستاذ فيزياء التربة/ الجامعة الهاشمية‎ a

؟.أ.د. وليد أبوغربيةء أستاذ علم النيماتود/ كلية الزراعة/الجامعة الأردنية .

7 ا ا می اتاد غل التجروسات ؤاتب رى لورد ALIS‏
العلمية/ الجامعة الأردنية.

. عمرو» أستاذ تكنولوجيا الغذاء/ كلية الزراعة/الجامعة الأردنية‎ ule د.‎ T . ٤

0 أ. د. مصطفى قرنفلة» أستاذ البساتين / كلية الزراعة/الجامعة الأردنية .

5.أ.د.جمال قاسم » أستاذ الأعشاب/ لية الزراعة/الجامعة الأردنية .

۷. دة. لمى البناء أستاذة مساعدة / علم النيماتود/ كلية الزراعة/الجامعة الأردنية .

8. د. صائب خريسات» أستاذ مساعد/ تصليف التربة/ كلية الزراعة/جامعة العلوم
والتكنولوجيا الأردنية .

(x )‏ الرتب والمناصب مثيتة هنا كما كانت وقت الكتابة. (المحرر)

Té

أ. د . طالب gai‏ شرار

.٩‏ د. ضيف الله بدارنة» أستاذ مشارك/ ميكروبيولوجيا الترية/ كلية الزراعة/الجامعة
الأردنية .

٠٠‏ . د. محمد عبدالهادي العمري» أستاذ مشارك/ الآلات الزراعية/ كلية
الزراعة/الجامعة الأردنية .

. د.عمر كفاوين» أستاذ مشارك/ تربية النبات / كلية الزراعة/الجامعة الأردنية‎ . ١١

5 . د. جمال cole‏ أستاذ مساعد/ المراعي/ كلية الزراعة / الجامعة الأردنية .

LY‏ د. محمد جهاد الطباع c‏ أستاذ مشارك/ وراثة الحيوان/ كلية الزراعة/الجامعة

الأردنية.

المراجع
.١‏ أبوغربية ء وليد» عبدالله الموسى» حفظي أبو بلان؛ أحمد المومني» حامد حليف» عقل منصور»
٠٤‏ . مقدمة في أمراض الثبات . كلية الزراعة/الجامعة الأردنية . ate‏

LY‏ قاسمء جمالء 14847 Allelopathy Je.‏ آلية تحكم طبيعي في العلاقة بين الأعشاب

والمحاصيل . ورقة عمل مقدمة للندوة العربية الأولى1 مكافحة الأعشاب الضارة (الأدغال) في

بساتين الفاكهة ومزارع الخضر؛ . الأمانة العامة للمجلس الأعلى للعلوم والتكنولوجيا. عمّان -١١‏

MARY {Ve Y

3. Agrios, G.N. 1997. Plant Pathology. 4h edition, Academic Press, San Diego.

4. American Beefalo World Registry. 3770 1021 Avenue, Allegan, MI 49010 . USA
(Internet site :hitp-pe 200. anmsci. okstate. edu/breeds/cattle/beefalolindex.himl).

5, Amon , D.L and P.R. Stout. 1939. The essentiality of certain elements in minute
quantity for plants with special reference to copper. Plant Physiology. 14:371-375.

6. Bawden, F.C. and N.W. Pirie. 1937. The Isolation and some properties of liquid
crystalline substances from solanaceousplants infected with three strains of tobacoo
mosiac virus. Proc. R. Soc. Lond. Ser. B. Biol. Sci. 123:274-320.

7. Chapman, 1984. The Insects: Structure and Function. Hodder and Stoughton.

8. Corbett, M.K. 1964. Introducton to Plant Virology (M.K. Corbett and H.D. Sisler,
eds.). University of Florida Press, Florida, USA.

9. FAO, 1993. Production Yearbook.

10. Gedroiz, K.K. 1912. Colloidal chemistry as related to soil. science: I. Colloidal
substances in the soil solution, formation of sodium carbonate in the soil, alkali soils,

and saline soils. (Translated into English by S.A Waksman). Zh. Opytn. Agron.
(USSR) 13:363-420.

11. Gierer, À. and Schramm, G. 1956. Infectivity of ribonucleic acid from tobacoo

mosiac virus. Nature. 177:702.

12, Hendricks, S. B., and W.H. Fry. 1930. The results of X-ray and mineralogical

examination of soil colloids, Soil Sci. 20:457-476.

13. Hilgard, E.W.1906. Soils: Their Formation, Properties, Composition, and Relations

1٦

TS‏ ن ی ی أ. د . طالب gal‏ شرار

to Climate and Plant Growth. McMillan, New York. 593 pp.

]4.Hissinik, D.J. 1907. Eie Einwirkung Verschiedener Salzlosungen auf die
Durchlassigkeit des Bodens. Chem. Weekblad. 4:663-673.

15. Holmes, F.O. 1929, Local lessions in tobaco mosiac. Bot. Gaz. 87:39-55.
16. Janick, J. 1986. Horticultural Science. qth edition. Freeman and Company, USA.

17. Kelley, W.P. 1964. Review of investigation on cation exchange and semi-arid soiis.

Soil Sci. 97:80-88.
18. Kelley, W.P., W.H. Dore, and S.M. Brown. 1931. The nature of the base exchange

material of bentonite, soils, and zeolites as revealed by chemical investigation and

X-ray analysis. Soil Sci. 31:25-55.

19. Kliewer, M. and H.J. Evans. 1962. B 12 coenzyme content of the nodules from

legumes, alder and of Rhizobium meliloti. Nature. 194:108.

20. Kramer, P.J. and J.S. Boyer. 1995. Water Relations of Plants and Soils. Academic
Press, NY.

21. Lwoff, A. 1957. The concept of virus. J. Gen. Micro. 17:239-253.
22. Maggenti, A. 1981 . General Nematology. Springer-Verlag. New York. pp 5-8.

23. McCracken, R.J. 1987. Soils, soil scientists, and civilization. Soi! Sci. Soc. Am. J.
51:1395-1400.

24. Markham, R. 1953. Nucleic acids in virus Multiplication. Soc.Gen. Micro. Symp.
2:85-98.

25. Markham, R. 1977. Landmarks in plant virology. Ann. Rev. Phyto. 15:1- 39.

26. MengelK. and E.A. Kerkby. Principles of Plant Nutrition. md edition. 1979.

Intemational Plant Institute. Berne, Switzerland.

27: Purdey, H.A. 1929. Immunologic reactions with tobacoo mosiac virus. J.Exp. Med.
49:19- 953. ,

28. Reisenauer, H. M. Cbalat in nitrogen fixation by a legume. Nature. 186: 375-376.

29. Robertson, A. 1960. Experimental design on the measurement of heritability and

ev

genetic correlatios. In: Biometrical Genetics (O. Kempthome). Pergamon Press,

London.

30. Stanier, R.Y., E.A. Adelberg, and J. L.Ingraham. 1976. The Microbial World.
Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, USA.

31. Stanicy, W.M. 1935. Isolation of a crystalline virus: processing the properties of
tobacoo mosiac virus. Sci, 81: 644 - 645.

32. Thomas, G.W. 1977. Historical developments in soil chemistry: Jon Exchange. Soil
Sci. Soc. Am, J, 41: 230 - 238.

33.United States Bureau of Census, Agricultural Financial Statistics Division. 1996.
Agricultural irrigation in the United States. Journal of Applied Irrigation Science.

31 (2) : 155-163.

34. United States Salinity Laboratory Staff. 1954. Diagnosis and Improvement of Saline
and Alkali Soils. USDA Agric. Handbook No. 60. U.S. Government Printing Office.
Washington, DC.

35. Wadsman, S.A. 1952. Soil Microbiology. Wiley, NY.
36. Wigglesworth, V.B. 1984. Insect Physiology. Chapman and Hall, London.
37. Wilding, L.P., N.E. Smeck, and G.F. Hall (eds.). 1983. Pedogenesis and Soil

Taxonomy. I. Concepts and Interactions, Blescvier, Amsterdam.

الفصول الحادي عشر- الثالث عشر

التكنولوجيا الحيوية

التتسيق والمتابعة: أ.د. إبراهيم التاظر

الفصل الحادي عشر
التكنولوجيا الحيوية
وهندسة الجينات في

الصناعات الدوائية والطب

أ.د.أمجد خليل
أ. د. خليل المغربي

التكنولوجيا الحيوية وهندسة الجينات
فى الصناعتت الدوائيية والطب

الأستاذ الدكتور أمجد خليل
الأستاذ الدكتور خليل المغربي

-
- =

هقد فاه

RMN الزمية ما بن افشاك قوانن الوزاكة‎ cal LS
وأعوام الخمسينيات من القرن العشرين فترة مخاض وتكوين‎
علم الوراثة التقليدي . إلا أن اتساع المعرفة» وتطور‎ piles لإرساء‎
طرق البحث العلمى» وابتكار الأدوات والأجهزة المتطورة» أدى‎
إلى إحداث ثورة حقيقية في مجال علم الوراثة . فشهد هذا العلم‎
اتساعا كبير!؛ ليصل فى أواخر القرن العشرين إلى هندسة المجينات‎
(الهددسة الوراثية)ء والوراثة الجزيئية» وتطبيقاتهما.‎

تعتمد هندسة الجينات على التحكم بالجينات بطريقة تسمح
بظهور صفات جديدة مفضلة في كائن لم يكن يمتلكها؛ أو أنها
تزيل صفات غير مرغوب فيهاء كانت موجودة لدى الكائن؛ أو
تسمح بالاستفادة منهافي إنتاج مواد أو توفير خدمات
YN ssa‏

Wr

العشرين . ويتكهن البعض بأنها ستتصدر الأهمية الأولى في القرن الحادي والعشرين .
وأدت تقنيات الهندسة الوراثية إلى الكشف عن الكثير من المعلومات التي تتعلق
بالجينات وعملها وطرق استنساخهاء وغيرها من المعلومات التي كانت لعهد ليس
ببعيد_من المعلومات الغامضة . وأفضى الكشف عنها إلى معرفة الكثير من أسرار
الكائنات AH‏

إضافة إلى جانبها الأكاديمي» فقد أهلت الاكتشافات الجديدة هندسة الجينات
للدخول في العالم التطبيقي للمعرفة. وهكذاء دخلت في مجالات كثيرة في الزراعة›
والطب» والصناعةء والإنتاج الحيواني» وغيرها. وقبل الحديث عن هذه التطبيقات»
يجدر توضيح الأساس العلمي الذي تقوم عليه .

.١‏ إنزيمات هندسة الجينات

تعتمد هندسة الجينات في كثير من طرقها على الإنزيمات» التي تقسم وَفْقَا لوظائفها
إلى أربع مجموعات؛ هي )09( 409 )+2( e‏

-الإنزيمات القاطعة أو المقيدة.

da pli بلمرة لحمض‎ ole ji-

-إنزيمات اللحام .

-إنزيمات إضافة المجموعات الكيميائية أو حذفها.

أ.الإنزيمات القاطعة أو المقيدة Restriction enzymes‏

يرجع اكتشاف هذه الإنزيمات إلى عام t 191١‏ حين لوحظ أن كفاءة (العاثي
لامبدا)» المعزولة من إحدى سلالات بكتيريا القولون» أقل من كفاءة السّلالات
الأخرى من حيث قدرثها على الإصابة. وأظهرت الدراسة أن ذلك يعود إلى وجود
e pl‏ يعمل على تقييد كفاءة العاثي عن طريق تحطيم مادته الوراثية داخل خلايا العائل ؛
ما يفقد العائي حيويته وقدرته على الإصابة. وحين استخلص هذا الإنزيم من

WE

cipal dali h alie amet act
البكتيرياء وجد أن له قدرة عجيبة على قطع أشرطة الحمض النووي المنقوص‎
من أي مصدر كانت . إلا آنه وجد أن الأجزاء الناتجة كانت‎ DNA الأكسجين(الدنا)‎
يستهدف أماكن خاصة؛ بل إن نشاطه عام. وقد أطلق على‎ Y عشوائية» وأن الإنزيم‎
هذا الإنزيم اسم الإنزيم المقيد.‎

حقق هذا الاكتشاف حلما طالما راود الباحثين في هذا المجال. ودفع بالكثير منهم
لإعادة المحاولة مع أنواع أخرى. ونجحت المحاولة الأولى في العام نفسه الذي
اكتشفت فيه هذه الإنزيمات ؛ فاستخلص نوع ثان منها من قي روس الزكام
Haemophilus influenzae‏ . ووجد أن e‏ النوع الثاني يختلف عن EPY‏ الأول في
أنه يستهدف أماكن معينة من شريط الحمض النووي دون سواها. وتوالى اكتشافات
الإنزيات الأخرى بعد ذلك EN)‏ |

يسمى هذا النوع من الإنزهات حسب الاسم العلمي للكائن المستخلص منه الإنزيم .
وقد تضاف أرقام إلى التسمية في حالة استخلاص أكثر من إنزيم من الكائن نفسه.
فمثلاً من الإنزيم EcoRI‏ مستخلص بلازميد RI‏ الموجود في بكتيريا القولون «E. coli‏
الإنزيم Hind III‏ مستخلص من قيروس الزكام» وهو الإنزيم الثالث المستخلص من
هلا ue) A‏

أنواع الإنزيمات القاطعة
قسمت الإنزيمات القاطعة إلى ثلاث مجموعات؛ اعتمادا على قدرتها على القطع
المتخصص. واحتياجاتها للقيام بوظيفتها؛ وهي :

١‏ . إنزيمات القطع ‏ النوع الأول

تقطع هذه الإنزيمات الحمض النووي بصورة عشوائية» وتحتاج إلى عوامل مساعدة؛
مل : أيون المغنيسيوم 7+ (Mg‏ وأدينوسين ثلاثي الفوسفات» ومادة كبريتات
الأدينوسيل ‏ ميثيونين Sulfur adenosyl-methionine‏ . وهذه الإنزيمات غير مهمة

Tio

Y‏ . إنزيمات القطع ‏ النوع الثاني

تعد هذه الإنزيمات أهم إنزيمات القطع» D‏ لقدرتها على قطع أشرطة الحمض
النووي في مواقع متخصصة فقط؛ بحيث تعطي عددا من الأجزاء الثابتة لكل نوع من
الكائنات الحية . ويتحقق بواسطة هذه الإنزمات عزل جينات معينة دون غيرها؛ بعد

بضع عمليات قطع c‏ واستخدام وسائل أخرى . ويمكن حساب الوزن الجزيئي للأجزاء
الناتجة من ت iJ‏ القطع ONAA O7‏

تستهدف هذه الإنزيمات تتابعات معينة ؛ فتتعرّف هذه التتابعات» وتقطع قبل التتابع
أو بعده مباشرة . مثلاً e‏ يتعرف إنزيم EcoRI‏ التتابع 5-GAATTC-3‏ ويقطع بين A‏
و6 . وهكذاء فإن هذا الإنزيم يقطع أشرطة الحمض النووي في المناطق نفسها OLE‏
ويختلف عدد التتابعات التي يجري القطع قبلها أو OM usos‏ فبعض الإنزيمات تيز
تتابعات سذداسية» كما هو JH‏ في إنزيم ¢EcoRI‏ وبعضها يميز تتابعات مختلفة
(الحدول .)١‏

)١( الجدول‎

مواضع قطع الإنزيمات (مؤشر Leale‏ بسهم) في تتابعات الحمض النووي -DNA‏

M

أ.د.أمجد خليل وأ.د. خليل qr)‏

تنتج بعض هذه الإنزيمات Ux‏ ذات نهايات لز P Cohesive ends A>‏
(Sticky ends‏ « وهي نهايات يكن من خلالها الالتحام مرة ثانية ؛ في حين تنتج بعض
الإنزيمات أجزاء ذات نهايات عمياء Y « Blunt ends‏ تشمكن من الالتحام إلا إذا
أجريت لها بعض التحويرات التي تجعلها لزجة ND‏

". إنزيمات القطع ‏ النوع الثالث

هي إنزيمات وسط في صفاتها بين النوع الأول والثاني» تقطع الحمض النووي في
أماكن معينة» وتحتاج إلى عوامل مساعدة؛ مثل : أيون المخنيسيوم والأدنين BH‏
الفوسفات. وكبريتات الأدينوسيل ‏ ميثيونين . إلا أن حاجتها إلى العامل المساعد
الأخير جزئية .

ب. إنزيمات بلمرة الحمض 49941( DNA polymerases‏

هذه الإنزيمات من أهم الإنزيمات اللازمة لمضاعفة الحمض النووي واستنساخه. كما
أن للبعض منها وظائف أخرى col‏ أهمية كبيرة في هندسة الجينات . فإنزيمات بلمرة
ا لحمض النووي في بكتيريا القولون تقوم بنشاط هدم؛ إضافة إلى نشاط البناء . وينتج
ذلك من وجود وحدتين في هذا الإنزيم : الأولى تقوم بالبناء » وتسمى وحدة كلينو
Klenow fragment‏ * في حين Po‏ الثانية وحدة الهدم Nuclease‏ . وباستخدام
OL‏ جديدلةء جرى قطع هاتين الوحدتين وتنقيتهما ؛ M‏ مكّن من
استخدامهما على انفراد. UT‏ في الأحياء الحقيقية التوّى» فإن إنزيمات بلمرة الحمض
النووي فيها لا تقوم بنشاط الهدم؛ بل توجد إنزيمات مستقلة تقوم بذلك . وهنالك
إنزيمان في هذه الأحياء يقومان بوظيفة الهدم. الأول: هو إنزيم الهدم
الداخلي c Endonuclease‏ الذي يزيل النيوكليوتيدات من داخل أشرطة الحمض
النووي. والشاني هو: إنزيم الهدم الخارجي (الطرفي) «Exonuclease‏ الذي يزيل
النيوكليوتيدات من نهايات الأشرطة ( الشكل .)١‏ إضافة إلى هذه الإنزيمات» OP‏

"v

لإنزيم الاستنساخ العكسي المعزول من الفيروسات المرتدة أهمية في هندسة الجينات؟ إذ
يكن بواسطته نسخ حمض نووي رايبوزي منقوص الأكسجين CDNA‏ من SU‏
ue‏ ووي رايبوزي CTO (10) (11).01 °) mRNA‏ .

إنزيم هدم داخلي إنزيم هدم خارجي

4 “Ne sall
TTT «= UTE TU

الشكل (V)‏ : نشاط الهدم في إنزيمات الهدم الداخلي والخارجي.

ج.إنزيمات اللحام Ligase enzymes‏
هي إنزيمات تقوم بعملية لحام أجزاء الحمض النووي؛ فتربط هذه الإنزيمات
النيوكليوتيدات بتكوين روابط فسفاتية في الشريط المفرد أو المزدوج . وأشهر أنواع هذه
الإنزيمات ]5 DNA ligase (T4) gu c‏ 14 . ويعد هذا الإنزيم العمود الفقري في
هندسة الجينات ؛ إذ يجرى به لحام أجزاء الحمض النووي المطلوبة» أو الجينات مع
البلازميدات أو غيرهاء كخطوة أولى . ويعمل إنزيم اللحام على ربط الأجزاء ذات
النهايات اللزجة أو العمياء . أما إنزيم اللحام المعزول من بكتيريا القولون» فليست له

القابلية على elt‏ الأجزاء العمياء Qv-YD‏ .

د. إنزيمات إضافة المجاميع الكيميائية أو حذفها
هي إنزيمات متخصصة بإضافة مجاميع كيميائية أو حذفها؛ مثل : إنزي الفوسفاتيز
القاعدي Alkaline phosphatase‏ ؛ الذي يزيل مجموعةالفوسفات من النهاية

e» الذي يضيف مجموعة فوسفات إلى النهاية الخامسة ؛‎ « Polynuleotide kinase

الترانسفيريز النهائي الذي يضيف نيو كليوتيدا أو أكثر إلى النهاية O79 get‏

VA

أ.د . أمجد خليل و آ. د . خليل المغربي

ثانيًا: استخلاص الحمض النووي المنقوص الأكسجين

يعد استخلاص الحمض النووي المنقوص الأكس جين أول خطوة في هندسة
الجينات . ولا يكن الاستفادة منه دون تنقية ؛ ON‏ معظم الإنزيمات المستخدمة في هندسة
الجينات تفقد قدرتها أو تنحطم بوجود مخلفات من البروتينات الخلوية» أو إنزيمات
الهدم. وتستخدم طرق متعددة لاستخلاص الحمض النووي؛ أهمها طريقة استخدام
الفينول: كلوروفورم: إيزويروبانول. وفيها نحطم الجسدران الخلوية والنووية
باستخدام محلول صوديم دوديسيل سلفيت t Sodium dodecyl sulfate (SDS)‏
وكذلك تفصل البروتينات عن الحمض النووي» ويتخلّص من cols pl‏ هدم الحمض
النووي. يعامل بعدها الخليط بالفينول بدرجة حرارة 56*س » ويزج الخليط جيدا
وبعناية . ومن ad‏ تفصل طبقة البروتين والفينول بواسطة الطرد المركزي؛ حيث يتجمع
محلول الحمض النووي في الطبقة العلوية. uS‏ تجمع الطبقة بعناية» ويعاد معاملتها
بالفينول: لورفورم: إيزويروبانول مرة؛ وأخرى بالكلوروفورم: إيزوبرويانول.
تُجمع بعدها طبقة الحمض النووي التي تكون نقية وخالية من البروتين» ويرسب
الحمض النووي بإضافة الكحول المطلق المثلج ؛ حيث تتكون خيوط الحمض النووي
البيضاء» ثم تجمع بواسطة الطرد المركزي (الشكل CY‏

أما الطريقة الثانية الشائعة» فهي استخدام مدرج السيزيوم. ويضاف بواسطة هذه
الطريقة محلول LOLLI‏ المحطمة بالطريقة السابقة» أو ch‏ طريقة أخرىء إلى أنبوب
خاص يحتوي على ملح السيزيوم بتراكيز خاصة. يزج المحلول جيدا حتى ذوبان
جميع الملح . بعدهاء يلأ الأنبوب S GU‏ ويغلق جيدًا؛ ثم يطرد الخليط طردا مركزيا فائقًا
OF, t)‏ دورة فى الثانية) لمدة ٤۸‏ ساعة» ينفصل بعدها الحمض النووي عند
بج Gy‏ کا efe ViA‏ ويستخدم بروميد الإثيديوم Ethidi-‏
«um bromide (Et Br)‏ لغرض تعيين منطقة الحمض النووي. تفصل iib‏ الحمض
النووي عن طريق ثقب في جدار الأنبوبة تحت الطبقة» ويجمع محلول الحمض في
أنبوبة خاصة . كما تستخدم الطريقة نفسها لفصل البلازميدات والرواشح باستخدام
قاعدة كيميائية لترسيب الحمض النووي الكروموسي؛ في حين يبقى الحمض

THA

C3 ©) (CO (C
Fes
uu طرد حضانة في‎ | | DNA
v | a [—] سل پو‎
مل مع‎ 6
«324 المزج‎

TT‏ اشافة حجم مساوي ‏ ملول الغلا
روفورم: إيزويرويانول من الفينول التحطمة
CO. ©‏
ETE DNA‏
i i‏ إضافة حجم
l‏ مساوي من
EL‏
كلوروهورم:
Ls "m‏ © ايزويرويانول

de oto‏ مع ترچ كحول مطلق الحمض النووي حمام مائي
gie‏ 6 مل مع
O‏ المزج بهدوء
r V daga‏
الحمض
النووي طب
البيضاء

الشكل (Y)‏ : طريقة استخلاص الحمض النووي باستخدام الفينول: كلوروفورم؛
حيث يزيل الفينول كمية كبيرة من اليروتينات » ويزيد الكلوروفورم كفاءة الفينول
لإزالة ما تبقى من البروتين؛ في حين يسحب الكحول الماء من الحمض النووي,
ليترسب بشكل خيوط ملتفة بيضاء.

we

أ.د.أمجد خليل و آ. د . خليل المغربي
البلازميدي أو الفيروسات في المحلول (الشكل CT‏ ويجري التخلص من الملح
الموجود في صبغة الحمض النووي عن طريق وضعه في غشاء شبه نفاذء ,5 VERS‏
ساعة في محلول ملحي مخفف جدا € حيث يتسرب ملح السيزيوم خلال عملية التنافذ
œY) &«GA) (TT) 6 YY)‏

وإضافة إلى هاتين الطريقتين » هنالك طرق أخرى متعددة لاستخلاص الحمض
النووي من البكتيريا والنباتات والدم» وغيرها.

1,1
تركيز ملح
ti‏ يزيوم .اروم
(e/g)‏
Y,A‏ أ
محلول الخلايا
السيزيوم

الشكل (Y)‏
فصل الحمض النووي باستخدام كلوريد السيزيوم والطرد المركزي GLA‏ حيثش
يلاحظ ترسب الحمض النووي الريبوزي؛ فيما يطفو اليروتين ويشغل الحمض
النووي المنقوص الأكسجين المنطقة التي تكون فيها كثافة السيزيوم ۷, اغم/سم".

11

۳. تواقل Vectors‏ الهتدسة الوراثية

الناقل هو حمض نووي منقوص الأكسجين» صغير ؛ دائري أو مستقيم . وللنواقل
قابلية للتضاعف بشكل مستقل عن المضيف . وتعد البلازديدات والعائيات
والكوزميدات (هجن مشتقة من العاثي لامبدا) أهم نواقل هندسة الجينات
CO ON 000 PO)‏

والبلازميدات أهم هذه النواقل . تمتلك هذه الجينات مقاومة للمضادات الحيوية
تساعد على تمييز الخلايا البكتيرية المحتوية عليها؛ إضافة إلى أن معظم البلازميدات
المعروفة لها خرائط جينات معروفة؛ ومن نّم OP‏ من السهولة توقع مكان قطع الحمض
النووي واختباره» باستخدام إنزيم قاطع معين لتلك المنطقة المراد إضافة قطع حمض
نووي جديدة إليها. كما أن البلازميدات سهلة الاستخلاص وأميئة. وعد
البلازميدات 250101 ,281322 SPS,‏ من أشهر البلازميدات المستتخدمة فى هندسة
l QU ada ota‏

كذلك تستخدم الكثير من العاثيات كنواقل في هندسة الجينات . ومّع أن التعامل
معها أكثر تعقيدا من البلازميدات؛ إلا أنها سهلة الاستخلاص» ومعظمها أمينة؛
كالعائى لامبداء ولامبدا EMBLA‏ ومشتقاتهاء ولاميدا شارون 164 . كذلك
كك الكررميدات le iud Ud‏ اتخات قط كير قن dad gba‏
والكوزميدات من النواقل المفضلة في بناء بنوك الجينات Gene banks‏ . وأشهر
الكوزميدات المستخدمة في هذا المجال الكوزميد COT M13‏

NYY

أ.د.أمجد خليل و أ.د . خليل المغربي
الجدول (Y)‏
البلازميدات المستخدمة في الهندسة الوراثية مع خاصيتها اللازمة تعزلها.

PSC101

COL EL

RSF 2124

PBR 325‏ أميسلين + تتراسايكلين + كلورومفينيكول

PAT 153

PUC 8

LacZ + أميسلين‎

4. تقطيع الحمض النووي بالإنزيمات القاطعة

تُخلط كمية معينة V)‏ ميكروغرام مثلاً) مع عشر وحدات من الإنزيم القاطع » بوجود
محلول داريء Buffer‏ خاص بالإنزيم » في وعاء صغير خاص . يحضن التفاعل بعد
ذلك لفترة YEY‏ ساعة بدرجة حرارة مناسبة للإنزيم . ثم JS‏ القطع الناتجة من
التفاعل باستخدام الترحيل الكهربائي Electrophoresis‏ . بعد وضع القطع ممزوجة
بصبغة المثيل في حفر صغيرة غير نافذة في هلام LEY‏ المناسب» وباستخدام تيار
كهربائي Jle‏ مار في محلول ملحي مخفف خاص يغطي هلام CLE‏ فإن أجزاء
الحمضن النوويئ سوف تهاجرياتهاه القطب الوجب6 لكون ا E TANE VE‏
وتهاجر هذه الأجزاء بسرّع مختلفة اعتمادًا على وزنها الجرئي . فالأجزاء الكبيرة الحجم
الصغيرة بسرعة متجهة إلى أعلى الآغار. وتتسلسل القطع الأخرى بين هاتين

“YY

المجموعتين. يستخدم الحمض النووي الصغير الحجم والمقطع إلى أجزاء معلومة الوزن
ش الجزيئي في قطّع الحمض النووي للعاثي لامبدا المقطعة بالإنزيم Hind III‏ « كمعيار
معرفة الأوزان الجزيئية لأجزاء الحمض النووي الكروموسومي . And aby Ses‏
النووي المقطع بعد صبغ الآغار بصبغة الإثيديوم برومايد واستخدام الأشعة فوق
البنفسجية؛ إذ يظهر هذا الحمض بلون أحمر OOD‏ ويظهر الحمض
النووي المهاجر الخاص بأحياء حقيقية النوى وبدائية النوى على صورة مسحة طويلة
مينتطيلة الک : وتمثل المسحة قطعا متسلسلة الحجم جنبًا إلى جنب ؛ في حين يظهر
الحمض النووي المعياري على شكل قطع حمراء متفصلة عن بعضها بعضًا. أما في
البلازميدات والعاثيات» ag‏ لبساطة الحمض النووي المكون لهاء فإنها تبدو بشكل
قطع منفصلة تماماء مثل الحمض النووي المعياري (الشكل CE‏

1,۳
t,t

1,1

an
tr, Kb
كيلو قاعدة‎
í ۳ Y 4
(E) الشكل‎

الهجرة الكهربائية لأجزاء مجهولة الحجم (ENY)‏ مع أجزاء الحمض النووي ال معلوم )1(

( لاميدا «(Hind IH‏ باستخدام هلام الآغاروز.

ng

a]‏ سه كنيل aldo. T y‏ امقر
o‏ استخلاص أجزاء الحمض النووي المناسبة
بعد تعرّف الأوزان الجزيئية للأجزاء المُعامّلة بالإنزيم القاطع » يفضل جزء الآغاروز
المحتوي على الأجزاء slat‏ . يعامل الآغاروز بإنزي و الآغاريز Agarase‏
الذي يحطم الآغاروز؛ aa‏ أجزاء الحمض النووي المناسبة . يطرد محلول الآغار
مركزيًا؛ حيث تجمع الأجزاء المطلوبة من الراشح . كذلك» يكن استخلاص القطع
بإضافة ملح ضعيف التركيز» أو بطرق كيميائية أخرى 09( R9‏

؟. بنك الجينات

لتهيئة بنك يحتوي على أجزاء حَمْض نووي تمثل معظم الجينات التركيبية في AS‏
معين» يجب استخدام ناقل مناسب s‏ لحجم القطع المراد هندستها. كما يجب أن
يحتوي الناقل على منطقة للقطع بالإنزيم نفسه» ال مستخدم لقطع الحمض النووي
الكرومو سومي ؛ وعلى مورث مقاوم لمضاد حيوي واحد أو ST‏ أو غيره من الجينات
التي تساعد على انتقاء النواقل الهجينة (Clones i)‏ . يفتح الناقل بواسطة الونزيم
القاطع » كما هو وارد في تقطيع الحمض النووي الكروموسومي؛ ثم تخلط أجزاء
الحمض النووي مع الناقل المفتوح» ويضاف إنزيم اللحام والمحلول الدارىء الخاص بهء
ويحضن الخليط بدرجة حرارة مناسبة ولفترة مناسبة» اعتمادا على نوع إنزيم اللحام
المستخدم . يراعى استخدام كميات مناسبة من الناقل وقطع co MI‏ الكروموسومي
من أجل الحصول على كفاءة هندسية عالية . يربط e]‏ اللحام أجزاء الحمض النووي
الكروموسومي مع النهايات اللزجة للناقل» المتكونة من تقطيعه بالإنزيم القاطع . تنقل
النواقل المهندسة Cine‏ إلى عوائل Hosts‏ وهي dole‏ البكتيريا؛ ويراعى استخدام
سلالة بكتيرية مناسبة للناقل . تدخل النواقل إلى البكتيريا المعاملة بالأملاح بطريقة
خاصة تُستخدم فيها درجات حرارة منخفضة ‏ وسط ‏ منخفضة» pyy‏ بعدها البكتيريا
في وسط غذائي يحتوي على المضاد الحيوي المناسب» وتحضن الأوساط الغذائية لفترة
٤4-٤‏ ساعة بدرجة حرارة مناسبة . تنمو البكتيريا المحتوية على البلازميدات

"wo

جين مقاوم الأميسلين
DNA‏ الكائن

NT pis
قطع الحمض‎ 7
النووي بإنزيم پلازمیدات‎ -==

BamH]

ا اليلازميدات المفتوحة

إزالة قطعة الهلام الحاوية على أجزاء إنزيم Lact!‏
الحمض النووي المراد هندستها e pé.‏

a

استخلاص أجزاء الحمض

a (Os ait النووي من الهلام‎

NETS‏ أجزاء الحمض النووي مع الهلازميد

البكتيريا المحتوية
على البلازميدات
RAP‏ ————
على وسط غذائي

يعتوي على ^
الشكل(9):

هجرة كهريائية مع plaa‏

11

أ.د. أمجد خليل وأ .د . خليل المغربي
المهندّسة Coe‏ فقط على الوسط الزرعي ؛ في حين تفشل البكتيريا الأحرى» التي لم
تتمكن من (إعالة» الناقل» في النمو EME‏ هكذا d p‏ مستعمرات البكتيريا
المحتوية على النواقل المهندسة؛ إِذْ ]0 كل مستعمرة ناشئة من خلية بكتيريا واحدة
محتوية على پلازميد واحد أو أكثر تحتوي على جزء معين من الحمض النووي
الكروموسومي . وبهذه الخطوة» يكون بناء البنك قد اكتمل . عندها po‏ البكتيريا في
وسط غذائي سائل مع المضاد الحيوي؛ ثم تجمع بالطرد المركزي» وتخزن تحت درجة
CALS) a oclo T0 QUAE da d ut (rem) e (T 6) claude‏

۷. تشخيص النسخ الحاوية على جين معين

تستخدم طرق عدّة لتشخيص المستعمرات البكتيرية المحتوية على أجزاء حمض
نووي هجينة» تحتوي بدورها على جين معين. d y‏ الطرق المناعية والتهجين النووي
أشهر هذه الطرق .

أ. الطريقة المناعية

تُستخدم هذه لعزل قطع الحمض النووي المهندّسة مع البلازميد» والمحتوية على
جين له القابلية على التعبير داخل البكتيريا؛ OLL‏ معظم الجينات الخاصة بالأحياء
الحقيقية النوى لا تتمكن من التعبير عن نفسها في البكتيرياء لاختلاف المحفز لها عما
هو موجود في الجينات البكتيرية . لذلك» فإن هذه الطريقة محدودة جد . تزرع كمية
من خلايا الجينات على طبق زرعي مناسب» وتكرر زراعة الطبق نفسه على طبق OU‏
بواسطة ورقة ترشيح . يؤخذ طبق واحد ويعرض على بخار الكلوروفورم؛ حيث
يعمل البخار على تحليل المستعمرات البكتيرية وإطلاق الروتينات» ومن ضمنها
پروتين الجين المطلوب عزله . تغطى المستعمرات المتحللة بعد ذلك بطقبة من ورق
البولي ثنايل المشبعة بالمضادات البروتينية الخاصة ببروتين الجين المراد عزله فقط ؛ حيث
يتفاعل هذا المضاد مع البروتين gall‏ لتكوين معقد مناعي على الورقة . JE‏ الورقة بعد

“YY

ذلك وتعامل مع مضاد البروتين الموسم بنظير اليود V?‏ )1125( حيث يلتصق هذا

المضاد المعقد المناعي في حالة وجوده. تغسل الورقة لإزالة المواد الزائدة العالقة بها.

تجفف قليلاً» وتغطى بشريط فوتوغرافي حساس في غرفة مظلمة» وتحفظ في درجة

حرارة منخفضة لبضعة أيام . تتكون إثر ذلك بقعة سوداء على الشريط الحساس بعد
تحميضه» للدلالة على موقع المستعمرة البكتيرية المحتوية على البلازميد الهجين بجزء

الحمض النووي الكروموسومي المهندس جينيا» الذي يحتوي على الجين GO, salt‏

۷ . تعزل المستعمرة في الطبق الأصلي (المكرر الثاني)؛ ويعاد اسشخلاص

البلازميدات من البكتيرياء بعد تنميتها بأعداد كبيرة. ثم تفصل قطع الحمض النووي

المهندسة Cee‏ من البلازميدات» وتستخلص لإعادة قطعها كما سبق» من أجل عزل

الجين المطلوب (الشكل CV‏

ب. طريقة التهجين النووي

تعتمد هذه الطريقة على استخدام مجس ae‏ بنظير الفوسفور )32( . المجس
المستخدم هو عبارة عن الجين co Mal‏ عزله ؛ لكنه مأخوذ من كائن آخر. فعلى سبيل
(JUI‏ يستخدم جين الإنسولين المعزول من الفئران أو الأرانب مسبرا للبحث عن الجين
نفسه في خلايا الإنسان. تزرع في هذه الخلايا كمية من بكتيريا بنك الجينات في طبق
زرعي . بعد نمو البكتيريا» تغطى المستعمرات الناتجة بورقة نايترو سيليلوز؛ حيث تنطبع
المستعمرات عليها. تهجن الخلايا المنتقولة على الورقة باستخدام محلول تهجين
خاص» يحتوي على المسبر الموسم بنظير الفوسفور "”. تغمر الورقة بمحلول التهجين»
وتحضن لمدة VE‏ ساعة بدرجة حرارة ٠٠-٤١‏ س؛ ثم تغسل جيدا بمحاليل ملحية
مضاف إليها صوديوم دوديسيل سلفيت» لإزالة المواد المشعة الزائدة. بعدهاء تغطى
الورقة بشريط حسّاس يظهر المستعمرة المحتوية على الجين المطلوب كبقعة cela gae‏
بسبب ارتباط المسبر مع المورث المطلوب . تؤخذ المستعمرة المشخصة من الطبق» وتزرع
لزيادة أعداد البكتيريا؛ ثم تستخلص البلازميدات المهندسة جينياء ويقطع جزء الحمض

YA

آ.د. أمجد خليل T‏ .د . خليل المفربي

بخار الكلوروفورم
طيع
— >— >— طبق
ورق ترشيح
طبع على طبق
O‏
ورق پولي طنايل مشبع l‏ 8 م 9
بالمضادات البروتينية م 0 طبق

عزل المستعمرة المطلوبة من الطبق

O-O-O-

ورق ترشيح غسل ورقة تغطية الورقة المستعمرة
مشبع Mx‏ الترشيح بغلم حماس المحتوية على
اليروتين المعلم ب الجين المطلوب
1125
الشكل (5):

خطوات الطريقة المناعية لعزل أجزاء الحمض النووي المحتوية على جين معين.

YA

النووي المحتوي على الجين بالإنزيم القاطع المناسب» ويعزل ويعاد قطعه مرة أخرى
بالإنزيمات لعزل الجين المطلوب . إضافة إلى الطريقة السابقة» توجد طرق أخرى يكن
استخدامها لاكتشاف الجينات المشخصة للمرة الأولى. بعد عزل الجين المطلوب
وتنقيته» يهندس مرة أخرى في نواقل أخرى تدعى نواقل التعبير» لكي يعبر الجين عن
OV COAD COW) gs‏

يعنى بتعبير الجينات تمكين ab‏ المعزول من تصنيع البروتين المسؤول عنه . فتتمكن
الجينات المعزولة من البكتيريا من التعبير» وذلك لتطابق محفزات الجيئات بين الجن
والبكتيريا؛ في حين لا تتمكن من ذلك الجينات المعزولة فى الأحياء الحقيقية النوى»
التي تقلت إلى البكتيريا .

eal .۸‏ التطبيقات في مجال الصناعات الدوائية

في الأعوام العشرة الأخيرة من القرن العشرين» تزايد الاهتمام بتطبيقات هندسة
gots!‏ الصناعات الدوائية؛ خاصة بعد أن عرفت مواقع جينات عدة في كائنات
حية مختلفة . ومن ثم أصبح مكنا عزلها وهندستها Gam‏ ونقلها إلى كائنات جديدة.

إن التطور في هذا المجال له أبعاده الاقتصادية الكبيرة ؛ من حيث تطوير أنواع جديدة
من الأدوية والمستحضرات الطبية» اعتمادًا على التكنولوجيا الحيوية وهندسة الجينات .
Seas‏ أحدث إنتاج الإنسولين البشري عام NAAT‏ عن طريق الكائنات الدقيقة بعد
إدخال جين الانسولين إلى داخلها » ثورة كبيرة في علاج مرض السكري ODEON‏

وباستخدام التكنولوجيا نفسهاء أمكن إنتاج علاجات لكثير من الأمراض
المستعصية والخطيرة التي كان يصعب علاجها .

إنتاج الپروتينات العلاجية بهندسة الجينات
‘al‏ تخدام البروتينات علاجا يثير التساؤل حول طريقة تناولها ومصيرها التركيبي
والوظية عند أس > EOL has‏ فلا ينصح باستخدامها علاجا عن طريق الفم

1

أ.د.أمجد خليل وأ .د . خليل المغربي

للأسباب الآنية :

١‏ . البروتينات سرعان ما تُهضم وتلل في أثناء مرورها في المعدة والأمعاء» بفعل
cole zy‏ الهاضمة للبروتينات .

١‏ . لا يكن امتصاص البروتينات من الأغشية المبطنة في الأمعاء؛ لذلك» تؤخذ كل
البروتينات المسموح بها كعلاجات عن طريق الحقن . وقد جرت محاولات ناجحة إلى
حدما لإدخال بعض البروتينات العلاجية إلى دم المريض عن طريق الاستنشاق
(Gu)‏

إن تصنيع البروتينات العلاجية التي تحقن في دم المريض يجب أن تكون على شكل
بودرة جافة» يمكن إذابتها وتحويلها إلى محلول عند الحاجة؛ ما يعطيها القدرة على
الاحتفاظ بفعاليتها لفترة طويلة .

يوضّح الجدول (Y)‏ مجموعة من البروتينات العلاجية» المنتّجة بهندسة الحينات
والمعتمدة من إدارة الغذاء والدواء الأمريكية FDA‏ وهي تشمل الهرمونات»
والأمصالء والأجسام المضادة» وبعض الإنزيات التي تستخدم جميعها علاجات .

WU

(Y) الجدول‎

بعض العلاجات التي تتتج بهندسة الجينات O9‏

Humulin (Lilly) Insulin-dependent diabetes (1982)(2002)
Novolin (Novo Nordisk)

Human growth Protropin (Genetech) Growth hormone deficiency in chil-
Humatrope (Liily) dren (1985); growth retardation in
Nutrophin (Genetech) chronic renal disease (1993) (1997)
Geno Tropin (Pfizer) .
Hepatitis B vac- Engerix-B (Smithkline
cine Beecham)

Interferon alfa-2a | Roferon-A (Hoffman- Hairy cell leukemia (1986); AIDS re-
e lated Kaposi's sarcoma (1988)
Interferon alfa-2b | Intron-A (Schering- Hairy cell leukemia (1986); AIDS re-
plough) lated Kaposi's sarcoma (1988); chron-
ic hepatitis, types B (1992) and C
(1991); condylomata acuminata (1988)

hormone

Hepatitis B prevention (1986)

Muromonab-CD3 | Orthoclone OKT3 (Ortho) | Acute allograft rejecton in renal trans-
plant patients (1986) and cardiac trans-

plant patients (1993)

Alteplase Activase (Genetech) Acutc myocardial infarction (1987);
pulmonary embolism (1990)

Epoetin alfa Epogen (Amgen) Anemias of chronic renal disease
Procrit (Ortho) (1989), AIDS (1991) and cancer chem-
otherapy (1993)
Condylomata acuminata (1989)

Interferon alfa-n3 | Aiferon N (Interferon Sci-

ences)

Interferon gamma- | Actimmune (Genetech) — | Chronic granulomatous disease (1990)
Ib

Filgrastim Neupogen (Amgen) Neutropenias duc to myelosupppres-

sive chemotherapy (1991); myeloidre-
Leukine (Immunex)

constitution after bone-marrow transi-
1Y

plantation (1994)

Myleoid reconstitution after bone-
marrow transplantation (1991)

.د . أمجد خليل و أ.د . خليل المغريي

Metastatic renal cell carcinoma
(1992)

Antihemophiliac KoGENNate (Miles) Hemophilia A (1992)
factor Recombinate (Baxter)

Interferon beta-1b | Bataseron (Berlex) Multiple sclerosis (1993)

Dornse alfa Pulmozyme (Genetech) Cystic fibrossis (Plumonary compica-
Type I Gaucher's disease (1994)
Sargramostim Cerezyme (Genzyme) Myleoid reconstitution after bone-
Leukine (Immunex) marrow transplantation (1991)
Aldesleukin . | Proleukin (Chiron) Metastatic renal cell carcinoma
Antihemophiliac KoGENate (Miles) Hemophilia A (1992)
fir [Remise |

Interferon beta-1b | Betaseron (Berlex) Multiple sclerosis (1993)

Dornse alfa Pulmozyme (Genetech) | Cystic fibrossis (Pulmonar complica-
tions) (1993)
Gerezyme (Genzyme) Type | Gaucher’s disease (1994)

ب. وصف مبسط لكيفية الحصول على اليروتينات العلاجية المذكورة بهندسة
الجينات |

.١‏ يُستخلص الجين المطلوب (مثال : جين الإنسولين من LAE‏ يتكرياس الإنسان)؛
ومن ثم يقطع الحمض النووي بالإنزيمات القاطعة» ويحدد الجين المسؤول عن إنتاج
الإنسولين.

؟. تُستخلص نواقل هندسة الجينات» التي تحمل كثيرا من المعلومات الوراثية
الضرورية للقيام بعملية نقل الجينات إلى داخل الأحياء الدقيقة ؛مثل : البكتيرياء
MUTET‏

EU يدمح الجين مع الناقل عن طريق إنزيمات اللحام» وينقل التركيب الجيني‎ LY
Jed, . البكتيريا. ويراعى استخدام سلالة بكتيرية مناسبة للناقل‎ dale إلى العائل ؛ وهو‎
هذه البكتيريا لتقبل الناقل بالمعاملة بالأملاح بطريقة خاصة.‎

Aldesleukin

Proleukin (Chiron)

WY

> . تزرع البكتيريا في وسط غذائي مناسب» وتحضن لفترة 48-55 ساعة .
تنمو البكتيريا المحتوية على النواقل المهندسة جينيا فقط في الوسط الزرعي؛ في
ee‏ الأخرى» التي لم تتمكن من «إعالة» الناقل » في النمو.

T‏ تعزل مستعمرات البكتيريا المحتوية على النواقل المهندسة ؛ O13‏ كل مستعمرة
تنشأ من خلية بكتيرية واحدة تحتوي على ناقل واحد أو أكثر فيه جزء من الحمض
النووي الكروموسومي.

es .۷‏ البكتيريا المهندسة جينيا في وسط غذائي سائل مع المضاد الحيوي المناسب؛
ثم تجمع بالطرد المركزي» ليست خلص نات الجين (بروتين أو هرمون. . . إلخ)»
ويستخدم للعلاج .

4. أهم التطبيقات في المجال الطبي

أدى التطور المتسارع في مجال هندسة الجينات» خاصة تطوير أجهزة حديثة
واختراعهاء إلى دخول هذا العلم وتطبيقاته في المجال الطبي من أوسع أبوابه وبنجاح

ومن هذه الأجهزة :

-أجهسزة لفصل الحمض النووي واستخلاصه ؛ فجهاز
Agarose gel electrophoresis‏ يسهل استخلاص الحمض النووي المناسب» ومعرفة
معلومات كثيرة عنه .

- جهاز فصل الحمض النووي» لمعرفة تسلسل Sequencing‏ وحدات البناء

المطلوب دراستها .

- جهاز لبناء عدد كبير من جزيئات الحمض النووي المماثلة للجزيء 225 وهو
جهاز تفاعل سلسلة البوليميراز Polymerase chain reaction‏ .

- جهاز لبناء وحدات الحمض النووي وتصنيعها DNA synthesizer‏ .

هذا إضافة إلى تطوير طرق مختلفة في مجال استخلاص الحمض النووي؛

ne

a‏ أمجد خليل و أ. د . خليل المغربي
وعملية الاستنساخ؛ وعمليات نقل الجينات إلى داخل الخلايا المصابة بمرض
مش ات إلى OTN‏

أ. mal‏ منجزات الجينات في الطب

.١‏ استخدام جهاز تفاعل سلسلة البوليميراز لتشخيص بعض الأمراض الوراثية
التي تننج عن خلل في الحمض النووي: تؤخذ عينة من دم المريض أو أي خلية في
جسمه» ويستخلص الحمض النووي منهاء JA y‏ باستخدام هذا الجهازء وتقارن
التتيجة بعينات من إنسان غير مصاب . ومن الأمراض التي يمكن تشخصيها: مرض
الللاسيما 32 م ومرض الكبد الوبائي i Hepatitis‏ إضافة إلى إمكانية
اكتشاف بعض الأمراض في مراحل أولية من عملية تكوين الجنين في
jl‏ حم Pre-implanting diagnosis‏ . |

۲. إنتاج علاجات لبعض الأمراض بهندسة الجينات: من ذلك إنتاج هرمون
إنسولين لعلاج السكري .

Y‏ تطبيقات هندسة الجينات في مجال الطب الشرعي : حيث يجري تعرف مرتكبي
الجرائم من خلال تحليل مادة الحمض النووي في الدمء أو الحيوانات المنوية» أو خلايا
الشعرء وغيرها؛ خاصة أن هنالك احتمالية ضئيلة جدا لتوافق مادة الحمض النووي

: Gene therapy qi العلاج‎ Pe

في الأعوام العشرة الأخيرة من القرن العشرين» دخل العلاج الجيني مرحلة
es) bre‏ ؛ فأمكن إدخال الحينات السليمة إلى الخلايا المصابة» واستبدال الجينات
السليمة بالجينات غير DRLLUE‏ 00 إن إدخال الجينات السليمة إلى خلية مصابة ليس
بالأمر السهل t‏ إذ تُجرى العملية بشكل عشوائي » وباستخدام أساليب إدخال مختلفة ؛
منها: |

أ. تطوير فيروسات حاملة للجينات (ثيروسات مهندسة (Cae‏ : يحمل مثل هذا
الشيروس الجين المراد إدخاله» ويهاجم الخلايا المصابة ؛ ويدخل الجين المطلوب إلى

Yo

داخل الخلية المصابة . (الفيروس مهندس lee‏ كى لا يسبب أمراضا أو أية مشكلات
عبض l E‏

v‏ وضع op‏ (الحمض النووي) داخل حويصلات Liposomes isas‏ وإدخالها
إلى الخلايا المصابة : حيث تساعد في دخول الجنين إلى الخلايا المصابة» واستبدال الجين
الطبيعي أو السليم Normal gene‏ .

ج . إذا كان الخلل oh gil‏ في خلايا الدم» مثلاء يمكن أخذ هذه الخلايا إلى خارج
جسم المريض» وإجراء التغبير الجيني فيها؛ ثم إرجاعها إلى داخل جسم المريض ثانية .

د. حقن المريض iale‏ الحمض النووي مباشرة: حيث يستهدف الحمض النووي
الخلايا المصابة التي تحتوي على مستقبلات خاصة له OOO‏

ب. النواقل التي تستخدم في العلاج !1.51( Vectors used in gene therapy‏
يوضح الجدول (E)‏ قائمة بأسماء النواقل التي تستخدم في إدخال الجينات إلى
داخل LALI‏ المستقبلة في المريض . هذه النواقل قيروسية أو غير يروسية.
الجدول (e)‏ 9(
النواقل المستخدمة في إدخال الجينات إلى داخل الخلايا المستقيلة في المريض.

Viral-based vector systems Non-viral-based vector systems

Retroviruses Nuclei acids containing liposomes

Adenoviruses Molecular conjugates

Adeno-associated viruses Direct injection of naked DNA

Herpesviruses CaPO, precipitation

Polio viruses Electroporation

Vaccinia viruses Particle acceleration

wA

oT‏ أمجد dae‏ وأ. د . dale‏ المغربي

ومن e^‏ هذه النواقل الفيروسية مجموعة Ay t Retroviral vectors‏ للأسباب
ayi‏

EE‏ الكيمياء الحيوية والجزيئية لها معروفة ومدروسة بشكل كبير

- نستطيع إدخال الجينات بسهولة إلى الخلايا المنقسمة .

- تصل نسبة انتقال الجينات من خلال هذه القفيروسات إلى ./٠٠١‏

- عند دخول الجين إلى داخل الخلاياء يستطيع البقاء بفاعلية ونشاط لفترة طويلة .

Jes‏ بإدخال الجينات إلى داخل الخلية بشكل عشوائي

لها القدرة على الدخول إلى AT‏ من نوع من اخلايا .

Se لسرت‎ Se ee
. مفهوم السلامة‎

ج. العلاج الجيني والأمراض السرطانية CT)‏

Cam‏ ا Ob > LACER‏ العلاج الجيني
يركز على الأمراض السرطانية أكثر من الأمراض الأخرى التي لها مسبب جيني .
فعلاج الأمراض السرطانية عن طريق الجينات بدأ عام ۱۹۹١‏ في الولايات المتحدة
الأمريكية. ووضعت استراتيجيات She‏ لهذا الغرض ؛ منها :

-إجراء تعديل جيني في خلايا الدم البيضاء «Lymphocytes‏ لتحفيزها على العمل
ضد الأورام السرطانية .

-تعديل بعض خلايا الأورام للتحكم بمدى تفاعلها مع جهاز المناعة .

إدخال الحينات Tumor suppressor genes FAC‏ إلى الأو رام السرطانية .

-إدخال جينات تنتج E‏ سامة Toxin genes‏ إلى داخل الأور ام السرطانية لتدمير

خلاياها .

وهنالك الكثير من الطرق والاستراتيجيات الأخرى قيد الدراسة في الوقت

: CW) (VV) الحاضر‎

VY

د. تشخيص الأمراض الوراثية

تمثل الأمراض الوراثية أحد أهم الفروع الطبية» نظرا لعدم توافر طرق التشخيص
الملائمة» وصعوبة علاج الكثير منها. ومن أهم الأمراض : فقرالدمالمنجلي
«Sickle cell anemia‏ والشلاسيما. وقد أجريت على هذين المرضين الكثير من
البحوث التي بينت أسباب حصولهما (طفرات ورائية). وباستخدام هندسة الجينات »
أصبح بالإمكان التشخيص Shi‏ لهذه الأمراض في المرحلة الجنينية ؛ حيث تؤخذ ie‏
من خلايا اجنين ويستخلص الحمض النووي منهاء بعد تكثيرها مخبرياء ثم يقطع
بإنزيمات معينة . وباستخدام مسبر معلّم اشعاعيًا (جين بيتا-غلوبين في فقر الدم
eC eel‏ فإنه يكن الكشف عن وجود هذا المرض . وتستخدم تكنولوجيا هندسة
الجينات في متابعة الكثير من الأمراض التي das‏ بعيوب وراثية؛ مثل : الطفرات
الوراثية» أو الانتقال الكروموسوميء أو تنشيط جينات غير طبيعية . d,‏ بحوث
السرطان باستخدام هذه التكنولوجيا من التطبيقات الرائدة في هذا المجال. علاوة على
ذلك» Ob‏ هندسة الجينات تستخدم الآن في مشروعات كبيرة تهدف إلى وضع خرائط
كروموسومية» تبين مواقع LA‏ البشرية عليها. كما تُستخدم في مجال تحديد
القرابة» ومتابعة المجرمين ca tly‏ باستخاام طريقة بصمة الحمض
النووي DNA-fingerprint‏ .

ه. مشروع الخريطة الجينية تلكروموسومات البشرية

telo‏ عام ۱۹۹١‏ بمشروع ضخم.ء هدف إلى مسعرفةتسلسل
النيوكليوتيدات في الحموض النووية في المادة الوراثية للإنسان. وعرف هذا باسم
Human Genome Project‏ . وهو مشروع عالمي شاركت فيه اليابان ودول أوروبية
عدة والولايات المنحدة الأمريكية. وانتهى العمل به في سنة Tes‏ وساعد هذا
المشروع في تحديد مواقع الجينات ووظائفها وعملها وعلاقتها ببعضها بعضاء وتحديد
الجينات المسببة للأمراض الوراثية المختلفة .

4 ما تحقق من إنجازات هائلة في هندسة الجينات في القرن العشرين هو ثورة

WA

a.‏ أمجد خليل وأ .د . خليل المغربي
حققت الكثير لخدمة البشرية في مجالات الحياة المختلفة ؛ مثل : الطب والصحة
والبيئة» والصناعة» وغيرها. وسيشهد القرن الحادي والعشرون إنجازات أكبر مع
التطور في التكنولوجيات والأجهزة المختلفة» التي ستسهل وتسرع تحقيق أهداف كبيرة
الوراثية المستعصية ؛ والتطور في مجال المحافظة على البيئة من الملوثات المختلفة»
كتحليل متبقيات المبيدات في التربة باستخدام بكتيريا معدلة جينيا؛ وغير ذلك الكثير.

wa

exu

1. Ames, B.N., McCann and E. Yamasaki. 1975. Methods for detecting carcinogens

and mutagens with the Salmonella/mammatian-microsome mutagenicity test, Mur.
Res, 31:347-364.

2, Anderson, W.F. and E.G. Diacuakos. 1981. Genetic engineering in mammalian cells.

Scientific American 245:60-93,

3. Anderson, W, 1995. Gene therapy. Scientific American, September, 96-98.

4. Ashweli, M. T. W. Work, 1970. The biogenesis of mitochondria . Ann. Rev. Biochem.
39: 251-290.

5. Avery, O.T, C.M. MacLeod and M. McCarty. 1944. Study on the chemical nature of
substance inducing transformation in pneumococcal types. J. Wxpl. Med, 79; 137 -
158.

6. Bishop, J.M. 1982. Oncogenes. Scientific American 246:80-92.

7. Blaese, R. 1997. Gene therapy for cancer. Scientific American , June, 91-05.

8. Breathnach, R. and P. Chambon. 1981. Organization and expression of eukaryotic
split genes coding for proteins. Ann. Rev. Biochem. 50:349-383.

9. Brown, D.D. 1981. Gene expression in eukaryotes. Science 211:667-674.

10.Brown, T.A. 1986. Gene Cloning: An Introduction. Van Nostrand Reinhold, UK.

11. Bukhari, A.L, J.A. Shapiro and S.L. Adhya. 1977. DNA insertion elements,
plasmids and episomes. Cold Spring Harbor Labrotary Press, Cold Spring Harbor,

NewYork.

12. Carins, J., P. Robins, B. Sedgwick and P. Talmud. 198]. The inducible repair of
alkylated DNA. Prog. Nucl. Acid Res. Mol. Biol. 26:237-244.

13. Clarke, L. and J. Carbon. 1976. A colony bank containing synthetic Col El hybird

plasmids representative of the entire E. coli genome, Cell 9:91-99.

LUE

541 Seta gate أ.د.أمجد‎

14. Cleaver, J.E. 1976. Defective repair replication of DNA in Xeroderma pigmento-
sum, Nature 219: 652-656.

15. Cohen, S.N. 1975. The manipulation of genes. Scientific American 233:24-33.

16. Couturier, M. 1976, The integration and excision of the bacteriophage mu-l. Cell 7:
155-163.

17. Cox, M. and I. Lehman. 1981. Rec A protein of E. coli promotes branch migration:
a kinetically distinct phase of DNA strand exchange. Proc. Natl. Acad. Sci. USA
78:3433-3437.

18. Crick, F.H.C. 1966. Codon-anticodon pairing: the wobble hypothesis: J. Mol. Biol.
19:548-555.

19. Crick, F.H.C. and J. D. Watson. 1954. The complementary structures of DNA,
Proc. Roy. Soc. (A) protein. Cell 25: 507-516.

21.Davidon, E.H. and R. J. Britten. 1976. Regulation of gene expression possible role

for repetitive squences. Science 204:1052-1059.

22.Davis, R. W., R. B. Waring, J. A. Rat, T. A. Brown and C, Scazzocchio. 1982. Mak-
ing ends meet: a model for RNA splicing in fungal mitochondia. Nature 300: 719-
724.

23. Davis, M.M., S.K. Kim and L. Hood. 1980. Immunoglobulin class switching: devel-

opmentally-regulated DNA re-arrangements during differentation. Cell 22; 1-2.

24. Denniston, C. 1982. Low level radiation and genetic risk estimation in man. Ann.

Rev. Genet. 16: 329-355,
25. Darke, J. W. 1970. The molecular basis of mutation. Holden-Day, San Francisco.

26.Dressler, D. and H. Potter. 1982. Molecular mechanisms in genetic recombination.

Ann. Rev. Biochem. 50: 727-761.

Ve)

27. Dykes, C. 1996. Genes, disease and medicine. Br. J. Clin. Pharmacol. 42 (6),

683-695.

28. Fox, M. S. and M. K. Allen. 1964. On the mechanism of deoxyribonucleate
integration in Pneumococcal transformation. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 52;

412-419.

29. Freifelder, D. 1983. Molecular Biology: A Comprehensive Introduction to Procar-

yotes and Eucaryotes, Boston, MA. Science Books International.

30.Glibert, W.D and D. Dressler. 1968. DNA replication: the rolling circle model. Cold

Spring Harbor Symp, Quant, Biol. 33; 473-484,

31. Gold, L., D. Pribnow, T. Schneider, S. Shinedling, B. S. Sineger and G. Stormo.
1981. Translational initiation in prokaryotes. Ann. Rev. Microbiol. 35: 365-403.

32. Goodenuough, U.W. and K. R. P. Levine. 1970. The genetic activity of

mitochondria and chlorophlasts. Scientific American 223: 22-29.

33. Hall, B. D., S. G. Clarkson and G. Toccini-Valentini. 1982. Transcription initiation

of eukaryotic transfer RNA genes. Cell 9: 3-5.

34.Haseltine, W, 1983, Ultra Violet light repair and mutagenesis revisited. Cell 33: 13-
17.

35. Hershey, A. D.D and M. Chase. 1952. Independent functions of viral protein and

nucleic acid in growth of bacteriphange. J. Gene Physiol. 36-56.

36. Holliday, R. 1964. A mechanism for gene conversion in fungi. Genet. Res. 5: 282-

304.

37. Howard-Flanders, P. 1981. Inducible repair of DNA. Scientific American 245: 72-
80.

38. Howard-Flanders, P., S. West and A. Stasiak. 1984. Role of Rec A protein spiral

VEY

أ.د.أمجد خليل Ty‏ .د . خليل المغربي
filaments in genetic recombination. Nature 309: 215-220.‏

39. Huberman, J. A. and D. Riggs. 1968. On the mechanisim of DNA replication in
mammalian chromosomes. J.Mol, Biol. 32: 327-341.

40. Jacob, F. and J. Monod, 1961. Genetic regulatory mechanisms in the stnthesis of
proteins. J. Mol. Biol. 3:318-356.

41. Jelinck, W. R. and C. W. Schmid. 1982. Repetitive sequences in cukaryotic DNA
and their expression. Ann. Rev. Biochem. 51:813-844.

42. Klechner, N. 1981. Transposable elements in prokayotes. Ann. Rev. Genet, 15:341-
404,

43.Kilter, R. and G. Yanofsky. 1982. Attenuation in amino acid biosynthetic operons.
Ann. Rev, Genet. 16: 113-134.

44, Kornberg, A. 1980. DNA Replication. Freeman, San Francisco.

45. Kornberg, R.D. and A. Klug. 1981. The nucleasome. Scientific American 244:52-64.

46. Kruger, K., P.J. Grabowskin, A. J. zaug, J. Sands, D. E. Gottschling and T. R. Cech.

1982. self-splicing RNA: Autoexcision and sequence of tetrahymna. Cell 31: 147.

47. Ledberberg, J. and E. M. Lederberg. 1952. Replica plating and indirect selection of

bacterial mutations. J. Bacteriol. 63; 399-406.
48.Lindahi, T. 1982. DNA repair enzymes. Ann. Rev. Biochem. 51: 61 - 87.

49. Little, J. W. and D. W. Mount. 1982. The SOS regulatory system of E. Coli. Cell
29: 11 - 22.

50.Maniatis, T. and M. Ptashne. 1976. A DNA operator reressor system. Scientific
American 234:64-76.

51. Maniatis, T., E. F. Fritsch and J. Sambrook. 1982. Molecular Cloning: Laboratory
Manual. Cold Spring Harbor, New York.

MAY

[AAO —— Hh OPO PE A: لل ىلل‎ TS SG AAA,

52.

53.

54.

55.

56.

57.

58.

59.

60.

61.

62.

63.

64.

Manning, M.C., Patel, K., and Borchardt, R. T.: Review of the stability of protein
pharmaceuticals. Pharm. Res., 6:903, 1989.

Mesclson, M.S. and F. W. Stahl. 1958, The replication of DNA in E. coli. Proc.

Nail. Acad. Sci. USA 44: 671-682.

Mossinghoff, G.J. 1993: Biotechnology medicines in development. Pharmaceutical

Manufacturer's Association.

Nash, H. A. 1981. Integration and excision of bacteriophage lambda: the mechanism
of conservative site-specific recombination . Ann. Rev. Genet. 15: 143-167.
Nirenberg, M. W. 1963. The genteic code II. Scientific American 208: 80 - 94.
Novick, R.P. 1980. Plasmids. Scientific American 243: 102-127.

Okazaki, T. and R. Okazaki. 1969, Mechanism of DNA chain growth. IV. Direction

of synthesis of T4 short DNA chains as revealed by exonycleolytic degradation.

Proc. Natl. Acad. Sci. 64: 1242-1248.

Pabo, C. O. and M. Lewis, 1982. The operator-binding domain of Lambda repres-

sor: Structure and DNA recognition. Nature 298: 443-447.

Piatt, J. 1981. Temination of transcription and its regulation in the tryptophan oper-

on of E. coli. Cell 24: 10 - 23.

Preer, J. P. Jr. 1971. Extrachromosomal inheritance: Hereditary symbionts,

mitochondria, chlorophlasts. Ann. Rev. Genet. 5 : 361- 4-6.

Razin, À. and A. D. Riggs. 1980. DNA methylation and gene function. Science 210:
604 - 610.
Reece, B.J, Campbell, N. A, Mitchell, G. L. 1999, Biology. Fifth Edition.

Benjamin/Cummings. USA.

Rosenberg S. 1997. Cancer vaccines based on the identification of genes encoding

Vee

م TIN HN‏ :يانبلا ا ا و أ.د.أمجد خليل و i‏ د . خليل المغربي
cancer regression antigens. Immunol. Today 18 (4), 175-182.‏
Roth, J. R. 1974. Frameshift mutations. Ann. Rev. Genet. 8: 319-346.‏ .65

66. Sancar G. B and W. D. Rupp. 1983. A novel repair enzyme: UVR ABC excision

nuclease of E. Coli cuts a DNA strand on both sides of the damaged region. Cell 33:
249-260.

67. William, K.S., and Cummings, MLR. 2000. Concepts of Genetics, Sixth Edition,
Prentice-Hall. USA.

الفصل الثاني عشر
التكنولوجيا الحيوية
والهندسة الوراثية
في مجالي الزراعة والبيئة

أ.د. خليل qr‏
أ. د. غاندي ]43523

التكنولوجيا الحيوية والهندسة الوراثية
فى مجالى الزراعة والبيئة
الأستاذ الدكتور خليل المغربي
الأستاذ الدكتور غاندي أنفوقة

TP

تنوعت التكنولوجيا الحيوية» التي يقصد بها إحداث تغيير في
cott‏ بعد هندستها Cy‏ عهيدا لتقلها؛ حاملة الصفة المطلوية
إلى النبات. أو الفيروس. أو البكتيرياء أو الفطرء أو غيرها.
وبعد عملية النقل laaye‏ على تعبير الجين المنقول ليحدث تأثيره
في المضيف الجديد . وبناء على الصفة المرغوب فيها المنقولة» ابتدع
العلماء طرقًا متعددة لتغيير صفات النبات أو الحيوان أو الطعام؛

. تحسينها‎ dae
gU استخدمت التكنولوجيا الحيوية‎ e ففي المجال الزراعي‎
نباتات ذات نوعية عالية ؛ يمكن تخزينها لفترات طويلة» ومقاومة‎
والملوحة والصقيع‎ GUA! وتتحمل‎ del JE للأمراض والآفات‎
والظروف البيئية المعاكسة ؛ إضافة إلى إنتاج نباتات مقاومة لمبيدات‎
الأعشاب . أما من الناحية الخدمية» فتستعمل التكنولوجيا الحيوية‎
في مجال تشخيص الأمراض النباتية والحيوانية بكفاءة ودقة‎

AíA

عاليتين» وفي وقت قصير Oe‏ مقارنة بالطرق التقليدية المتبعة cla Cle‏ إضافة
إلى استخدامات أخرى؛ من قبيل : إنتاج الأسمدة الحيوية» وتثبيت النيتروجين»
وحماية الغابات.

وفي مجال الصناعات الغذائية» استخدمت التكنولوجيا الحيوية في إنتاج
الفيتامينات. والحموض الأمينية» والمنكهات, والأصباغ» وغيرها. واستخدمت Caf‏
فى التلاعب بالسعرات الحرارية» واكتشاف فساد الأغذية» ودراسة مسببات
ENT‏

أما في المجال البيئي» فتقدم التكنولوجيا الحيوية طريقة طبيعية لمعالجة المشكلات
البيئية» التي تتراوح من تعريف الأخطار الحيوية» إلى المعالجة الحيوية للفضلات
الزراعية والصناعية. ومن أمثلة ذلك : التحليل الميكروبي للمواد الكيميائية السامة؛
ومعالجحة التربة الملوثة بالزيوت ؛ إضافة إلى المعاملة الحيوية للمخلفات السائلة والصلبة
والغازية . وتستخدم المعالجة الحيوية في الوقت الراهن على نطاق واسع في معالجحة المياه
العادمة» الناتجة عن الاستهلاك المنزلي » ومخلفات المصانع » والاستعمال الزراعي .
ويمكن Lal‏ الاستفادة من المعالجة الحيوية في إنتاج الطاقة (الغاز الحيوي)ء عن طريق
تدوير الثفايات .

La‏ هذه الورقة معظم المنجزات العلمية في التكنولوجيا الحيوية والهندسة الورائية
في مجالي الزراعة والبيئة في القرن العشرين .

AAS
من سلف قدي . فقد ظهرت علاقة‎ Biotechnology تنحدر التكنولوجيا الحيوية‎
الإنسان بالميكروبات واستغلاله لها في الصناعة منذ زمن سحيق . فمنذ آلاف السنين»‎
cael استخدم أناس من مختلف الحضارات الميكروبات بشكل منظم لصناعة الخبز»‎
والمشروبات الكحوليةء والصبغات»: والأدوية» والوقود» والمواد اللاصقة» والورق»‎
هذا أول استثمار للميكروبات في مجال الصناعة . إلا‎ OUS .)١ والأسمدة (الشكل‎

ROK

أ.د. خليل المغربي و أ. د. غاندي أنفوقة
أنه لم يتعرّف دور الكائنات الحية (الخميرة) في هذه العمليات إلا في القرن السابع عشر
الميلادي . وكان ذلك على يدي أنطوني فان ليو 5433 3 Antony Van Leeuwenhoek‏
AT Y)‏ 00 ثم من بعده لوي ياستور «(YA40,YAY Y) Louis Pasteur‏ الذي
يعد الأب المؤسّس لعلم التكنولوجيا الحيوية. وفي نهاية القرن التاسع عشرء gel‏
الكثير من المركبات الصناعية المهمة؛ مثل : الإيثانول» وحمض الخليك» والحموض
العضوية» والبيوتانول» والأسيتون؛ وذلك عن طريق تخمرات ميكروبية معرضة
للبيئة تحت ظروف غير معقمة. وفي عام 2155٠‏ برز اتجاه جديد في التكنولوجيا
الحيويةء تمثل في إدخال طرق تقنية معقدة »بهدف إنتاج مواد معينة تحت ظروف
معقمة . إلا أن هذه العمليات كانت تقتصر في بداية الأمر على تنمية الميكروبات في بيئة
ماء وتغيير ظروف التربية» كالقيام مثلاً بإضافة عناصر غذائية معيئة؛ ما يجعل
الميكروبات تتت المزيد من co esl‏ المطلوبة . أضف إلى ذلك تسليط الإشعاع على
الميكروبات لزيادة معدل حدوث الطفرات؛ ومن ثم العثور على السلالات
الفعالة» لكن من دون محاولة التلاعب بالمادة الوراثية للميكروب (الجمعية الطبية
البريطانية» ترجمة مصطفى (A89 pe gb‏ و(يوكسين» ترجمة أحمد
مستجیر » (OA‏ و(سميث. ترجمة عبد العزيز أبو زنادة ۱۹۸۷).

DE

dace

الشكل )3(
صورة أثريّة تبيّن الفعاليّات التخميرية المختلفة.
عن (اليصام 385(

Toi

أما الآن» فقد أصبح بالإمكان تفصيل كائنات جديدة تقوم بمهمات متبايئة ؛ uin‏
صناعة البروتين البشري» والعيش على ثفايات البترول» وتحليل المبيدات » واستخلاص
المعادن؛ ومهمات صناعية محددة (يوكسين» ترجمة أحمد مستجيرء NANO‏
ويلخص الجدول )١(‏ أهم الأحداث والإنجازات في مجال التكنولوجيا الحيوية.

)١( الجدول‎

أهم الأحداث والإنجازات في مجال التكنولوجيا الحيوية.

عزل ميشر Miescher‏ المادة الوراثية(الدنا (DNA‏ لأول مرة؛
وأسماها ني وكلين Nuclein‏ .

e‏ اشرق Avery‏ ومعاوئوه أن الدنا هو المادة الورائية» بتجارب
التحول الوراثي في بكتيريا القولون .
ثبت تشارغاف Chargaff‏ العلاقة بين كمية القواعد النيتروجينية من
جريء الدنا 9 = 4 ,6 -0) .
أثبت هيرشي Hershey‏ أن الدنا هو المادة الورائية فى تجارب
الاستنقال الوراثي (انتقال بالفاج) . ۰
أعلن واتسون وكريك Watson & Crick‏ مموذج الحلزون المزدوج
Gad eus ud‏
اكتشف pyle‏ وديوتي Marmur & Duty‏ خاصية استعادة الطبيعة

الأصلية Renaturation‏ فى جزيء الدنا المدنتر Denatured‏ .
أعطى أربر Arber‏ أول دليل على وجرد إنزيهات القطع المحددة

. DNA Restriction Endonucleases

Nirenberg, Ochoa & Khorana Ul ; | a gi وأو‎ t فك نير‎

الشيغرة الوراثية Genetic code‏ .
اكتشف إنزيم DNA ligase‏ « الذي يستخدم لوصل (PLE)‏ شظايا
Aas PETR‏

VOY

أ.د.خليل المغربي و أ. د. غاندي أنفوفقة

اكتشف تيمين وميتزوتاني وبالتيمور & Temin, Mizutani‏
Baltimore‏ إنزم النسح العكسي الي مى Reverse‏
transcriptase‏ الذي col‏ فيما بعد إلى الحصول على جينات
تركيبية .CDNA synthetic genes‏

14 اکتشفت تقنيات الاستنساخ Cloning‏ لأول T^‏

اكتّشف أول تعبير عن جينوم Genome‏ من أنواع مختلفة من
LK‏

أوجزت التعليمات الأمريكية الخاصة ببحوث الدنا (مؤتمر أسيلومر
(Asilomar‏ .

eet‏ أول مؤسسة لاستغلال تقنيات الدنا في الولايات المتحدة
الأمريكية Genetech‏ .

- بدئ في تأسيس المجموعة الاستشارية للتحكم الورائي في المملكة
المتحدة.

دخخلت كل من المملكة المتحدة والجمهورية الفدرالية الألمانية مجال
التكنولوجيا الحيوية .

-سجل العرض الأول العلني لأسهم شركة G3 ; Genetech‏ قياسيًا
في بورصة الأوراق المالية في وول ستريت لأسرع زيادة في أسعار
الأسهم (من 5" إلى 84 دولارا أمريكيًا في غضون ۲١‏ دقيقة) .
- جرى إعلان ۱۹۸١‏ عام التكنولوجيا الحيوية .

دخلت كل من فرنسا واليابان مجال التكنولوجيا الحيوية.
m‏ أُسّس اتحاد التكنولوجيا الحيوية الصناعية .

- مع نهاية هذا العام؛ At oed‏ مؤسسة جديدة للتكنولوجيا
à, S,‏

YoY

at‏ استخدام أول منتج صيدلاني ينتج بواسطة الدنا- وهو الإنسولين
البشري - فى الولايات المتحدة الأمريكية والمملكة المتحدة .

- أنتج سباردلنغ 8 دروسوفيلا محورة Transgenic ss‏ .
ل استخدام لجينومات نباتية» وإدخالها لنبات آخر مختلف النوع»

وتعبيرها فيه .

دالت سش والععيان Cech & Altman‏ أن (رنا (RNA‏ يمتلك
خواص إنزيمية (حصلا على جائزة نوبل عام (AA‏
اختير واتسون منسقا Gle‏ لمشروع الجيئوم البشري .
تمكن كتولتر ونی Collins & Tsui‏ من استنسساخ جين التليف
الحويصلى؛ وهو tl‏ الذي يؤدي LAT‏ الطافر Mutant allele‏ إلى
موت طفل من كل ٠٠١٠١‏ طفل في الولايات المتحدة الأمريكية (مرض
الطفولة المميت).

عن [سميث؛ ترجمة عبد العزيز أبو زنادة, ۷ ) و (عبد التواب» 1۹۹۳).

Vos

أ. د . خليل المغربي و أ. د . غاندي أنفوقة

التطبيقات العملية للتكنولوجيا الحيوية في مجال الزراعة

من المتوقع أن تؤدي زيادة عدد السكان في المعمورة وارتفاع متوسط الدخل إلى
تضاعف الطلب على الغذاء والمواد الزراعية خلال النصف الأول من القرن الحادي
والعشرين . وقد اعتمد التقدم الذي حصل في إنتاجية المحاصيل خلال القرن العشرين
بشكل أساسي على التطبيقات في علم الوراثة التقليدية. أمااليوم» فقدغدت
التكنولوجيا الحيوية هي المسؤولة عن زيادة الإنتاج الزراعي ؛ وسيستمر ذلك خلال
النصف الأول من القرن الجديد )1999 (Ruttan,‏ .

فوائد التطبيقات في مجال النباتات المهندسة lys‏

١‏ . إنتاج نباتات ذات مقاومة طبيعية للظروف البيئية؛ مثل : الحرارة المرتفعة»
والبرودة الشديدة» وقلة colli‏ ودرجة الملوحة العالية .

؟. الحصول على نباتات ذات مقاومة طبيعية COUN‏ ولباتات مقاومة لمبيدات
أعشاب معيئة ؛ ما يسمح باستعمال هذه المبيدات من دون أن تتأثر بها النباتات نفسها .
وهذا من شأنه OF‏ يؤدي إلى تقليل كميات مبيدات الآفات المستعملة ؛ الأمر الذي يعني
تقليص كلفة الإنتاج وتخفيف الأعباء على البيئة .

۳. تقليل الحاجة إلى السماد بالحصول»مثلاًء على نباتات قادرة على أخذ
النيتروجين مباشرة من الجوء بدلا من امتصاصه من التربة .

٤‏ . الحصول على أغذية ذات خصائص وظيفية Functional properties iuas‏ » كما
هو الحال في زيت الكانولاء والقهوة الخالية من الكافيين e‏ وبطاطا تحتوي على نشا
بخواص أكثر ملاءمة للقلي بالزيت» وفراولة بمحتوى أعلى من السكر e‏ وبازيلاء تحتوي
على قدر أكبر من البروتين؛ أو إنتاج أغذية لها فوائد علاجية» بمحتوى عال من
الفيتامينات أو المعادن أو يروتينات ذات جودة صحية واضحة .

Too

0 . إطالة فترة صلاحية المادة الغذائية بتأخير النضجء أو بتثبيط إفراز الإنزيمات التي
تؤدي إلى طراوة المنتج .

ويغلب على تطبيقات التكنولوجيا الحيوية في النباتات الحصول على نباتات ذات
صفات فسيولوجية جديدة تكسبها مقاومة ضد أنواع محددة من الآفات ٠‏ أو القدرة
على تحمل مبيدات آفات محددة c‏ كما يبين الشكل QD‏ (اليماني» (A484‏

خواص زراعية ٠‏ خواص أخرى
7N 7t‏

الشكل )1(

تطبيقات التكنولوجيا الحيوية فى مجال النباتات المحورة وراثيًا.
7 هي مب وراك

الثورة المندلية

قبل بداية القرن العشرين. كان الاعتماد في زيادة الإنتاج الزراعي ينصب على زيادة
رقعة المساحة المزروعة ؛ كما أدى نهوض بعض المزارعين بعملية الاتتخاب إلى تطوير
سلالات مناسبة لبيئة معينة . لكن إنتاجية المحاصيل مثل الحبوب لم نكن تتعدى في
المتوسط طتین/ هكتار ٠٠١(‏ كغم/ Geo‏ ففي الولايات المتحدة الأمريكية c‏ على سبيل
«dui‏ لم يتغير معدل الإنتاج من الذرة حتى ثلاثينيات القرن العشرين . وبعدها €
أدخل هجين من الذرة يمتاز بمعدل إنتاج أعلى من تلك المزروعة. كذلك» حصلت
زيادة في الإنتاجية لمحاصيل أخرى غير الذرة .

أ. د . خليل المغربي و أ. د. غاندي أنفوقة

ومع بدايات عام 144 »كانت محاصيل عدة قد وصلت إلى أعلى سقف إنتاج
ممكن . مثلاً» لم تحصل أية زيادة في إنتاج الأرز في الفلبين منذ ۱۹۸۰ ؛ ومن ثم تركزت
اجهود على زيادة الإنتاج عن طريق التحسين Sh‏ والإدارة» والمدخلات التقنية»
كالأسمدة والري والمبيدات. وركز التحسين الوراثي على زيادة قدرة النبات على
الاستجابة للمدخلات التقنية والإدارة. Re Skee‏ التغيير في بناء lal‏ بجعله
أقصر Gls‏ وأوراقه أكثر اتتصابًاء من زيادة عدد النباتات المزروعة في وحدة المساحة»
ول Isles Yl ys‏ للأسمدة؛ الأمر الذي أذى إلى زيادة الإنتاج في وحدة المساحة .
Ul‏ إذا أردنا كسر سقف الإنتاج» Of‏ ذلك يمكن أن يتحقّق عن طريق تحسين كفاءة عملية
البناء الضوئي ارلا عب ساقي الطاقة الضوئية» وتقليل فقدان الماء بفعل
(Ruttan, 1999) c‏ .

ثورة التكنولوجيا الحيوية (الثورة البيوتكنولوجية)

مكن التطور في زراعة LAH‏ والأدسجة» بشكل متسواز مع تطور تقنيات الأجسام
المضادة «الأحادية الاستنساخ Monoclonal antibodies t‏ وال c (IDNA)‏ من إعادة
إنشاء نباتات كاملة من خلية أو قطعة نسيج صغيرة. ومن المتوقع أن تتحقّق التطورات
القادمة بإدخال جينات e‏ أو التغيير بجينات» تحمل صفة المناعة ضد آفة ما أو مرض
معين . هذه التطورات سوف تؤدي إلى زيادة ملحوظة في إنتاجية المحاصيل . مثلاً»
كان أول محصول مقاوم للشيروسات نبات دخان مقاوم لمرض تبرقش OLE‏
الفيروسي أدخل إلى الصين في بداية تسعينيات القرن الماضي . وقد توسعت هذه
التطورات حاليًا؛ بحيث أصبحت النباتات المهندسة وراثا مقاومة لبيدات
cio hl ly ec ata Mi‏ و alls‏ وفي عام ۰۱۹۹۸
كان هنالك حوالي TAY‏ مليون دوخ زُرعت بنباتات مهندسة Gy‏ خاصة تلك
المقاومة لمبيدات الأعشاب وللقيروسات . والنقطة المهمة التي يجب إدراكها هي أن

YoY

منتجات التكنولوجيا الحيوية مصممة بشكل كامل لتمكين المنتج من الاقتراب قدر
الإمكان من أعلى سقف إنتاج فسيولوجي؛ وليس لرفع سقف الإنتاج الفسيولوجي
(Ruttan, 1999)‏ .

لكن الدول النامية ما زالت غير قادرة حتى الآن على إجراء البحوث والقيام بأعمال
التطوير اللازمة لتمكين المزارع من إدراك الزيادة في الإنتاج» الناجمة عن تحسين
المحاصيل . فمعظم هذه الدول ما زال سقف الإنتاج فيه بعيدًا عن سقف الإنتاج
الحيوي . ومن ثم فن الوصول إلى الاكتفاء الذاتي يمكن تحقيقه من خلال استراتيجية
استخدام طرق التهجين التقليدية» مقرونة باستخدام مستويات أعلى من المدخلات
التقنية» والإدارة المثلى للتربة والمحصول؛ مع استخدام الجيل الأول من تقنيات وقاية
النبات الحيوية . والجدير بالذكر أنه جرى تحسين الكثير من الأغذية من خلال استخدام
التقنيات الحيوية. على سبيل OLS JEU‏ معظم متتجات الأجبان الصلبة تُصنع
باستخدام e pl‏ تقني حيوي يسمى الكايوسين Chymosin‏ . هذا الإنزيم ينتج بواسطة
بكتيريا مهندسة وراثا بكميات أكبر وبصورة أكثر نقاوة من نظيره الطبيعي» الأنفحة
أو المنفحة -(The Biotechnology Industry Crganization, 1998) Rennet‏ في
شركات البذور» تستخدم التطبيقات الحديثة في التكنولوجيا الحيوية للمساعدة في
تهجين النبات لتحقيق الأهداف التقليدية؛ إِذْ يستخدم مربو النباتات التكنولوجيا
الحيوية أداة لزيادة فعالية الطرق التقليدية» وبالذات زيادة المقاومة ضد الأمراض
والحشرات والظروف غير المناسبة أو إضافة صفة جديدة كمقاومة مبيدات الأعشاب .
ويمكن تلخيص الإنجازات التي حققتها التكنولوجيا الحيوية في هذا المجال فيما يأتي:

.١‏ تعريف جراثيم مورثة (جينات) جديدة لصفات مرغوب فيها (مثل مقاومة
الحشرات وتحمل مبيدات الأعشاب)» ودمج هذه الجينات مع الجرثوم المورث (جينوم)
للمحصول» باستخدام التحويل الوراثي .

؟. تطوير طرق دمج سريعة وفعالة للصفات المرغوب فيهاء عن طريق الاستفادة
من الواسمات Markers‏ الحزيئية المنتقاة ؛ بحيث تكون أقربها ارتباطًا بالجين .

Y‏ . الاستفادة من الواسمات الجزيئية في تعريف مواقع صفات كمية مهمة

10A

أ. د. خليل المغربي و أ. د. غائدي أنفوقة

Quantitative trait loci (QTL)‏ . ويعرف موقع الصّفة الكميّة Sy‏ قطعة من
الكروموسوم تحمل مجموعة من الجينات ذات تأثير تراكمي في الصفة الكمية
(David, 1996)‏ .

ويختلف تقبّل المزارع للأفكار المتعلّقة بهذا الموضوع من فكرة لأخرى. فمثلا»
يعتمد AL‏ للأصناف الجديدة المتحملة لمبيدات الأعشاب على تحقيق الإنتاجية العالية .
Lil‏ الأصناف المقاومة للحشرات. فيعتمد تقبلها على احتفاظ هذه الأصناف بمقاومتهاء
وعدم نشوء سلالة حشرية جديدة قادرة على كسر هذه المقاومة )1996 (David,‏ .

استخدام التكنولوجيا الحيوية لإطعام العالم

في حين تقوم الدول المتطورة؛ كالولايات المنحدة الأمريكية والدول الأوروبية»
بإنتاج كميات زائدة على حاجتها من المحاصيل الزراعية» كالأرز والذرة وغيرهما من
الحبوب» فإن الكثير من الدول النامية ما زالت عاجزة عن تحقيق اكتفاء ذاتي في إنتاج
هذه المحاصيل . وهذا العجز غالبا ما يكون EL‏ عن المناخ» أو غيره من العوامل البيئية
التي تحد من إنتاج كميات كافية من المحاصيل . ويمكن حاليًاء باستخدام
التكنولوجيا الحيوية» إنتاج نباتات قادرة على النمو في ظروف استثنائية» PIAS‏
الشديد أو البرد القارس» عن طريق التغيير في المحتوى الجيني للنبات؛ ومن ثم OB‏
حلم تحقيق الاكتفاء الذاتي قد يصبح حقيقة لدول تعجز الآن عن إطعام شعوبها. إن
زيادة الإنتاجية للمحاصيل e‏ وتحسين قدرة النبات على النمو في بيئات متنوعة» والتقليل
من استخدام المبيدات الكيميائية » وإنتاج محاصيل ذات قيمة غذائية عالية؛ كل هذا
يجعل من التكنولوجيا الحيوية الزراعية تكنولوجيا المستقبل في تزويد العالم بالغذاء

. (Feldbaum, 1999)

المنافع البيئية من التكنولوجيا الحيوية الزراعية
توجد پروتينات عدة» سامة للآفات الحشرية فقط ؛ في حين أنها عديمة الضرر

10۹4

للإنسان gly‏ الحيوانات. ومصدر هذه البروتينات هو بكتيريا تسمى Bacillus‏
(Bt) thuringiensis‏ ؛ وتوجد هذه بشكل طبيعي فى التربة. إن نقل الجينات» التى
تشفر لإنتاج هذه البروتينات» إلى النباتات سوف يجعل هذه النباتات قادرة على قتل
الآفات التى تدغذى عليها؛ ومن ثم سوف يقلل هذا من اعتمادنا على المبيدات
: من ثم مسو من :

الكيميائية .

إن استخدام منتجات التكنولوجيا الحيوية الزراعية» مثل استخدام الأشجار ZAM‏
المحورة Modified pulp trees‏ في صناعة الورق» سوف يمكن المصنعين من الحصول
على منتجات عالية الجودة مع استخدام كميات أقل من الماء والمصادر الطبيعية؛ ومن
cus col‏ أقل في خط (Feldbaum, 1999) Production stream co‏ .

التكنولوجيا الحيوية الزراعية حصيلة قرون من العلم

اعتمدت الزراعة التقليدية - لقرون خلت ‏ على طرق التهجين المختلفة لتحسين
النوعية وزيادة الإنتاجية. إلا أن هذه العملية مكلفة» وتحتاج إلى وقت طويل » وغير
فعالة لإحداث الأثر المطلوب؛ إضافة إلى أنها عرضة لمعوقات عملية . علاوة على
ذلك. فإن عمليات مكافحة الآفات» كالحشرات ومسببات الأمراض والأعشاب»
تتحقق باستخدام المبيدات الكيميائية التي تؤثر CL‏ البيئة . CB Sey‏ نقل
Ott‏ المسؤول عن تصنيع المادة الكيميائية السامة من البكتيريا إلى النبات؛ ومن ثم ينتج
النبات هذا البروتين الذي يحميه من الحشرات» من دون اللجوء إلى استخدام المبيدات
(Feldbaum, 1999)‏ .

ويفضل معظم المزارعين استخدام تقنية (BU‏ لسببين رئيسيين » هما:

.١‏ زيادة الإنتاج من خلال استخدام طرق مكافحة آفات متطورة.

Klotz-Ingram) تقليل كلفة استخدام المبيدات» واستخدام طرق صديقة للبيئة‎ . Y
. Cer al., 9

e

آ. د. خليل المغربي و آ. د. غاندي أنفوقة

تحسين المحاصيل

إن عملية دمج الهندسة الوراثية مع طرق التهجين الأخرى يكن أن تنتج Ó b‏ أسرع
وأكثر دقة في إنتاج الأغذية» وأصناف جديدة من النباتات والحيوانات. على سبيل
المغال» باستطاعة مربي النباتات OV‏ إدخال صفة جديدة للنبات في غضون ما يتراوح
بين ۵ و ٦‏ سنوات» as‏ من الانتظار من ٠١‏ إلى ٠١‏ سنة؛ الفترة التى كان يستغرقها
ذلك باستخدام الطرق التقليدية . l‏

لقد أصبح OV!‏ من الممكن تهجين محاصيل بصفات جديدة» مثل مقاومة الحشرات
والأمراض والصقيع› باستخدام الهندسة الوراثية . وبات من ثم بالإمكان تقليل الحاجة
إلى استخدام الكيميائيات في الزراعة؛ وفي الوقت نفسه تطوير أصناف قادرة على
تحمل الخرارة المنخفضة والحفاف والإجهاد البيئئي )19994 (Anonymous,‏ .

المبيدات الحيوية

ثمة مبيدات حيوية عدة حاليا فى الأسواق. وتعتمد منتجاتها على الأعداء
الطبيعية Cbs Sl)‏ والحموض الدهنية . وهذه المبيدات سامة لللآفة المستهدفة
فقط؛ في حين أنها غير مؤذية للإنسان» أو الحيوان؛ TO PS TAI‏ أو الطيور» أو
الحشرات النافعة . أضف إلى ذلك أن هذه المبيدات تستخدم لمكافحة الآفات التي
تكونت لديها مناعة ضد المبيدات الكيميائية؛ وذلك بسبب اختلاف التأثير السام
ode of action‏ فى الحشرات بين كل من المبيدات الحيوية والكيميائية .
طبيعية تفرزها الحشرات لجذب الذكور والإناث بعضها إلى بعض عند التزاوج .
e‏ فإنه يكن استخدام الفرمونات في مكافحة الآفات بجذبها بعيدًا عن النبات .
وفى السنوات الأخيرة» استخدمت المصائد الفرمونية لمكافحة ذبابة الفاكهة فى ولاية
كاليفورنيا الأمريكية )1999 (Feldbaum,‏ .

"M

تشخيص الأمراض النباتيّة

تُستخدم الهندسة الوراثية في تشخيص الأمراض النباتية » وذلك عن طريق منشجات
الخلية من الإنزيات والأجسام المضادة. ويسهل هذا الاستخدام عملية تعريف مسببات
الأمراض بشكل أسرع وأدق في كل من النيات والحيوان (Anonymous, 1999a)‏ .

مقاومة مبيدات الأعشاب

إن توفير الظروف الملائمة لنمو النبات من شأنه أن يدعم Cal‏ النباتات غير المرغوب
فيها في الحقل. ولمنع ذلك» يجب رش مبيدات الأعشاب »التي LAS‏ مرات عدة
خلال الموسم؛ ما يعني زيادة الكلفة على المزارع» والتأثير الضار في البيئة .

ويبين الجدول (Y)‏ أمثلة على بعض منتجات التكنولوجيا الحيوية الزراعية»
المطروحة في الأسواق .

Vy

آ. د. خليل المغربي و . د . guile‏ أنفوقة

الجدول (Y)‏
منتجات التكنولوجيا الحيوية الزراعية الموجودة في الأسواقء؛ وتاريخ موافقة وزارة الزراعة

الأمريكية (USDA‏ وإدارة الغذاء والدواء FDA‏ ووكالة dalam‏ البيئة c EPA‏ عليها.

“in| “rs
EPA FDA USDA
[ese | E | OTT [ementi [oe [|
[ese p ww [om [oom me |
wer سسا ص‎ | |
e | e | eme o |
[sega | wp "0 CLL CEL |
"URN
[Sese | ww | 000 ««سختصسص»|‎ Ru | x | |
[weak | we | 9 ese ا | شل‎
ws [eme — — | 5 | — —]
ue a re ee
توجد معلومات | لا توجد معلومات‎ Y TIR! (Asgrow) 2

144^ (Monsanto) Bollgard” قطن‎

Lm pom ore [emro | 35 |]

Eugen ew [owe [mms [9e |]
LE EL

من (اليمائي؛ (M58‏

3440

1440
1۹47

Mv

دور التكتولوجيا الحيوية في مجال إنتاج الطعام

2. >

تنهض الأحياء الدقيقة منذ آلاف السنين بدور رئيسى فى تخمير الكثير من المواد
الغذائية. والتخمير هنا يعني eld]‏ بعض الأحياء الدقيقة على مواد غذائية: وتحويلها إلى
منتجات أخرى ذات طعم ونكهة ولون مختلفة؛ بحيث يمكن الاحتفاظ بهذه المنتجات
مدة أطول (السلال و تقي الدين .)۱۹۹۸٠‏ وتشمل هذه المتتجات اللبن» و الجبن»
والكحول. والخبز.

أ. إنتاج اللين

تعتمد عملية الإنتاج هذه في البداية على سكر اللاكتوز (سكر الحليب)؛ إذ تستخدم
الأحياء الدقيقة هذا السكر وتحوله إلى aed‏ اللاكتيك» الذي يحول الوسط الغذائى
في الحليب إلى وسط gem‏ يتخثر فيه پروتين الكاسيين Casein‏ الموجود فى الحليب ؛
ما يؤدي إلى تكوين خاثر (اللبن). وتجرى عملية التخمر هذه بإضافة أنواع معينة من
البكتيرياء مثل Lactobacillus spp.‏ و Streptococcus lactis‏ إلى الحليب؟ حيث
تُحضن في درجة حرارة ۳۷ س. وبعد عملية التخثر Zilla ge‏ لوقف نشاط الأحياء
الدقيقة فيهاء ويحضر اللبن بتعقيم الحليب؛ وذلك بتسخينه إلى درجة حرارة ۳٦س‏
لمدة نتصف cielu‏ ثم تركه ليبرد. وتضاف كمية محددة من البكتيريا Lactobacillus‏
bulgaricus‏ إلى الخليب المعمقم؛ ثم يوضع في حاضنة عند درجة حسرارة
PV‏ س »ء ويمكن عندئذ ملاحظة تخثر الحليب وتكون اللبن.

ب. إنتاج الجين

تمتاز الأجبان بكثرة أنواعهاء اعتمادًا على نواح كثيرة متعلقة بإنتاجها. Whe‏ يمكن
إنتاج ا جين بإضافة أنواع معينة من الأحياء الدقيقة التي تستهلك سكر اللاكتوز وتحوله
إلى حموض مختلفة؛ مايؤدي إلى تخثر الحليب. SUAS‏ يكن إضافة إنزيم

VUE

أ. د . خليل المغريي و أ. د . غاندي أنفوقة

الرينين» المستخرج من معدة العجل والمسمى منفحة العجل c‏ إلى الحليب بعد تعقيمه .
ويعمل هذا الإنزيم على تخثير الحليب لإخراج الماء الزائد منه» وتركه لمزيد من
التفاعلات الكيميائية حتى ينضح ؛ وذلك بإضافة بعض أنواع الأحياء الدقيقة. وفي
مرحلة النضج. يكن إضافة بعض أنواع الفطريات أو أنواع معينة من البكتيريا ا مسماة
Propioni bacteria‏ التي تعطي نكهة خاصة e‏ وتؤدي إلى تكوين العيون نتيجة احتباس
الغاز الناتح من التفاعلات الكيميائية في طبقات الجين الناضج ؛ lias‏ النوع من Ge‏
يسمى الجبن السويسري . UES‏ يمكن إضافة أتواع الفطر المسمى Penicillium‏
01 وحضانة الحلیب في جورطب co‏ ا الممسمى Roqueforti‏
cheese‏ . وبالرغم من تعدد أنواع الجبن Mati‏ نوعان رئيسيان» هما: الجبن الطري
«Soft cheese‏ والجبن Hard cheese Lali‏ . ويعتمد CU‏ هذين النوعين على مدة
الحضانة ؛ إذ يحتاج إنتاج الجبن الطري إلى مدة cal‏ بين شهر واحد وخمسة أشهر؛
ul‏ إنتاج الجين الصلب فيحتاج إلى ما يتراوح بين ثلاثة أشهر واثني عشر شهرا.

ج. إنتاج الكحول

تنتج الدمور من تحول بعض أنواع السكر» كالغلوكوز (الموجود مثلاً في عصير
العنب)» إلى ثاني أكسيد الكربون وكحول إثيلي . فبعد قطف العنب وطحنه CU‏
العصير» الذي يحتوي تقريبًا على ما نسبته /70-٠١‏ من السكر» يمكن إضافة أنواع
معينة من الخميرة» مثل "Saccharomyces cerevisiae‏ التي تقوم بعملية التخمير.
ويمكن تعقيم مزيج العنب» قبل زراعته بالخمائرء بتعريض المزيج إلى غاز ثاني أكسيد
الكربون. ويعدمد نوع الخمر الناتج على نوع المادة السكرية الخام الموجودة في العنب؛
فالعنب الأحمر» مثلاً» يمكن أن يعطي بعد التخمير الخمر الأحمر .Red wine‏ كما
يمكن أن يتعرض ناتج الخمر لأحياء دقيقة أخرىء ومن ثم لمزيد من عمليات التخمر
الأخرى؛ Game‏ الشمبانيا Champagne‏ أو الشيري (Sherry‏ أو غيرهما. أما إنتاج
البيرة» فيتحقّق باستخدام بعض الحبوب كالذرة أو الأرز أو الشعير؛ حيث يحطم النشا
ا موجود في هذه الحبوب بإضافة إنزيم الأميليز» ومن ثم تحويل السكريات الأولية إلى

T10

كحول بواسطة الخمائر. كذلك» من الممكن أكسدة الكحول الإثيلي بواسطة أنواع
معينة من الأحياء الدقيقة» مثل الأسيتوباكتر Acetobacter‏ أو الغلوكونباكتر
Gluconbacter‏ وذلك لإنتاج Vinegar Je‏ .

د. إنتاج الخبز

يعد التخمر الكحولي بواسطة الخميرة خطوة أساسية لإنتاج الخبز المنفوخ Raised‏
4 وهذه الخطوة تسمى تخمر العجين Leavening of bread‏ . وكماهو
معروف» تضاف كمية قليلة من الخميرة والماء إلى الطحين € ثم يعسجن ويترك في جو
دافئ ضروري لنمو الخميرة. وتقوم الخميرة بإفراز بعض الإنزيمات لتحطيم السكريات
LELI‏ من النشا وإعطاء كحول وثاني أكسيد الكربون» ويتطاير الكحول عند عملية
الخبز في الفرن جراء الحرارة العالية التي تقتل Cad‏ ا خميرة؛ فى حين ينحبس بعض
ثاني أكسيد الكربون» مؤديا إلى انتفاخ الخبز .

دور الهندسة الوراثية في إنتاج الطعام

تؤدي ALLL‏ الوراثية لمزرعة البادئ Starter culture‏ إلى زيادة معدلات التفاعلات
وتحسين صفات المنتجات . ولا شك في أن للهندسة الوراثية دور مهما فى تحقيق هذا
الهدف ؛ فيمكن نقل الجينات الخاصة بإنتاج الشيتامينات إلى ميكروبات البادئ» لتظهر
في المنتج النهائي المدعم طبيعيا. As‏ يؤدي ربط جينات الليبيز والبروتييز بمزارع
بادئ اللبن إلى إعطاء منتتجات طيبة المذاق. كما يكن تحسين صناعة الخبز gU‏

أ.د . خليل المغربي و آ. د. غاندي أنفوقة

دور التكنولوجيا الحيوية في الصناعات الغذائية

أ. إنتاج مواد متعددة التسكر Polysaccharides‏ من الأحياء الدقيقة

المواد المتعددة التسكر مركبات كيميائية على شكل جزيئات تتصل فيما بينها بروابط
سكرية » وتتراوح أوزانها الجزيئية بين بضع مئات وآلاف من الدالتونات . ومن أمثلة هذه
السكريات : الغلوكان» والمانان» والنشاء والدكستران» والغلايكو جين » والسيليلوز.
ولها أهمية بالغة فى مجالات واسعة؛ مثل: صناعة العقاقير الطبية» والصناعات
الغذائية » وغيرها من الصناعات (البصام»99457١).‏ وللأحياء المجهرية قابلية لإنتاج مثل
هذه السكريات بطريقتين 6 now.‏

١‏ . تكون نوات جانبية لنمو الأحياء المجهرية في الوسط الغذائي . ويمكن استخلاص
هذه yl‏ £1 باستبدال المذيبات العضوية. كما يكن ترسيبهاء ومن ثم CURAS‏ بطرق
مختلفة؛ مثل : التنقية باستخدام الديلزة بواسطة الهلام «Dialysis gel filtration‏
والترشيح الفائق Ja} a Ultra-filtration‏ » المركزي الفائق Ultra-centrifugation‏ «
وغيرها.

Y‏ . استغلال المواد المتعددة التسكر الموجودة داخل الأحياء المجهرية ؛ خاصة الخمائر
التي 4 Sp‏ على ٠‏ من هذه المواد» وتمثل قرابة * LY‏ من وزنالخميرة
Key . Saccharomyces cerevisiae‏ استخلاص المواد الملتعددة التسكر بطرق
كيميائية وإنزيمية عدة (البصام CASA‏

ب. الفيتاميئات

الفيتامينات مركبات عضوية تنهض بدور رئيسي ومهم في نمو جسم الإنسان. ومن
Gy all‏ عن الأحياء الدقيقة أنه إضافة إلى وجودها في الكثير من أطعمة الإنسان
المختلفة, فإن بعضها قادر على إنتاج القيتامينات» نظرا tn ee:‏ ی اننبا وقد
استطاع الإنسان تنمية هذه الأحياء الدقيقة؛ ومن ثم استخلاص القيتامينات من
خلاياها (الجدول") (السلال و تقي الدین OAA‏

VW

7777 mC MN OO nat nt Ei WAS ييار نتن يي بي بي‎

(Y) الجدول‎

بعض أنواع الفيتامينات ومصادرها من الأحياء الدقيقة.

Streptomyces griseus Bi2

Propionibacterium frudenreichii

Pseudomonas sp.

عن (السلال و تفي الدين: (45A‏

ج. الحموض الأمينية

مُستخدم الحموض الأمينية في تدعيم الأغذية؛ كما تستخدم عوامل منكَهة لها.
وفي العادة» تستخلص هذه الحموض بالتحليل الكيميائي للبروتين» أو بطرق حيوية.
وقد اقترب علم الورائة التقليدي من إنتاج الحد الأعلى النظري لكل من اللايسين
والغلوتامين. وعليه» تصبح الهندسة الوراثية الطريقة الوحيدة لزيادة معدلات co‏
(يوسف والفیشاوي » (AV‏

واتسم التأليف الحيوي للحموض الأمينية بواسطة الأحياء المجهرية بأهمية كبيرة في
السنين الأخيرة. ولوحظ أن الأحياء المنتجة لهذه الحموض هي من النوع الذي يحتاج
في غوه إلى عامل yf‏ معين AUIS . Auxotrophic‏ اكتشفت كيفية السيطرة على آلية

TA

أ. د . خليل المغربي و آ. د . غاندي أنفوقة
التأليف. لذلك. كان الاهتمام متزايدا بإنتاج هذه الحموض ؛ خاصة لما لها من أهمية
كبيرة في تغذية الإنسان والحيوان (العکیدي OAY e‏

د. المنكهات والأصباغ

إن إضافة المواد والمركبات الطبيعية أو الكيميائية إلى المواد الغذائية لزيادة درجة
التذوق عملية معروفة منذ مدة طويلة . ومن أمثلتها: البهارات» والهيل» والقرنفل ؛
وغيرها من المواد التي تعطي الغذاء نكهة أو صبغة معينة »أو التى لها تأثير فى المادة
ا ا وقد ادت ا ار عل te‏ علو اراد Silas‏
كبيرة من caer‏ إضافة إلى ارتفاع أسعارها من جهة أخرى. إلى توجه البحوث لمحاولة
الحصول على بدائل كيميائية لتلك المركبات الطبيعية . إلا أن هذه البدائل كانت لها
تأثيرات سلبية في صحة الإنسان؛ ما دفع الكثير من الباحثين والشركات إلى استغلال
الأحياء الدقيقة» كالبكتيريا والفطريات والخمائرء لإنتاج تلك المركبات؛ مثل: نكهة
الخوخ والتفاح والنعناع وجوز الهند. وقيتامين ج uA)‏ الإسكوربيك)» وحمض
اللاكتيك والستريك والخليك› وغيرها AT cadi)‏

ه . التلاعب بالسعرات الحرارية

استخلص جين من أحد نباتات المنطقة الاستوائية خاص بإنتاج بروتين يعرف DE‏
بأسم تالين dosl gc Falin‏ العلمي ثوماتين $Thaumatin‏ وهو أحلى من السكر بحوالي
٠١‏ مرة. ويضاف بنسب ضئيلة لتحلية طعام مرضى السكري أو الراغبين في تقليل
أوزانهم لانخفاض قيمته الغذائية ؛ إضافة إلى أن هذا البروتين سهل الهضم كغيره من
البروتينات المشابهة . ومصدره الطبيعى بعض النباتات؛ غير أنه يوجد فيها بتركيزات
ضئيلة Oe‏ وقد أمكن زراعة poe ada‏ يا ez Escherichia coli‏ هذا
البروتين بكميات وافرة (يوسف والفيشاوي. ۱۹۸۷) و (عبد العالء (44V‏

كذلك» أنتج زيت سعراته الحرارية قليلة ؛ وذلك بإنتاج حموض دهنية قصيرة

VA

السلسلةء بدلا من الحموض الدهنية الطويلة السلسلة في محاصيل مهمة ؛ مثل : فول
الصوياء والخردل. ويتوقع أن تصل القيمة التسويقية للزيت المنخفض السعرات
الحرارية إلى ما يقرب من بليونى دولار خلال السنوات العشر القادمة(عبد
(AV SUSI‏ |

و. كشف فساد الأغذية

يستعخدم مجس من الدنا DNA Probe‏ له شيفرة تتعرف نوع الجرثومة الموجودة في
الخذاء» في تعرف السموم التي تنتجها السالمو نيلا Salmonella‏ وهي من أخطر أنواع
السموم التي توجد في الأغذية الفاسدة. ويمكن استخدام المجس للتأكد من صلاحية
الأغذية المحلية والمستوردة» قبل عرضها للبيع» حفاظًا على صحة المواطنين. كما يمكن
استخدام الأجسام المضادة بالطريقة السابقة نفسها. وقد وضعت الولايات المتحدة
الأمريكية عام ۱۹۹١‏ قانونًا يعتمد على قاعدة علمية في الكشف عن فساد اللحوم
والدواجن. والمعروف أن ما نسبته ٠١‏ من الأمراض و٥‏ ۷/من حالات الوفاة تنتج
عن استهلاك اللحوم والدواجن الملوثة . ويمكن لتقنيات حيوية» مثل ELISA, PCR,‏
sci DNA Probe‏ الكهر کیا Electrochemiluminescence‏ « أن تسهم فى
كشف فساد الأغذية . ويتراوح سوق الوسائل المعتمدة على التكنولوجيا الحيوية بين ٠١‏
Yo;‏ مليون دولار (عبد العال (AV‏

ز. دراسة مسيبات الحساسية

يجب إعطاء دراسة الحساسية ومسبباتها جانبًا من الانتباه» عند تقييم سلامة الأغذية
لمنتّجة بواسطة التكنولوجيا الحيوية. ويتطلب تحديد مسببات الحساسية في الأغذية
المشتقة من نباتات وحيوانات وجرائيم محورة ورائيا فحص عدد من المعايير
(Anonymous, 1992)‏ .

إن دراسة مثل هذه المعايير تسهل تعريف مسبب الحساسية المتوقع ؛ لكن دراسة معيار

We

أ.د. خليل المغربي و أ. د . غاندي أنفوقة

واحد لا تكفي للتأكد من وجود الحساسية أو عدم وجودها. لذلك» يجب أن تحتوي

Y‏ . مصدر المادة الوراثية المنقولة.

SY‏ الوزن الجزيئي : ويتراوح هذالمعظم مسببات الحساسية بين ٠٠, ٠٠١‏ و
Ee, eee‏ .

۳. تشابه التعاقب: تجرى المقارنة بتعاقب الخموض الأمينية لمسببات الحساسية
المتوافرة.

٤‏ . لثبات بعد التصنيع والمعاملة الحرارية: تعد مسببات الحساسية غير الثابتة
الموجودة فى الأطعمة. التي تؤكل بعد الطبخ أو التي تخضع لعملية تصنيع قبل

ه. تأثير الرقم الهيدروجيني أو العصارة المعدية : فغالبية مسيبات الحساسية مقاومة

5. الانتشار فى الغذاء: فاليروتينات الجديدة؛ فى الأجزاء غير المأكولة من
النبات »غير ذات أهمية من ناحية حساسية الأغذية .

وعند تقييم منتج جين» يجب مقارنة تعاقب الحموض الأمينية فيه بتعاقبها في
مسببات الحساسية المعروفة. أما الجينات التى تخلو من أي سجل تاريخى للتسبب فى
الحساسية» ولا تحتوي على أي تعاقب» وتحتوي على حموض أمينية قد تسبب
الحساسية» فتعرض لاختبارات تقييم فيزيوكيميائي . فإذا وجد أن منتج هذا الجين
يحتوي على صفات فيزي وكيميائية شبيهة بتلك الموجودة لدى مسببات ا لحساسية » OP‏
هذه المواد تعامل بحذر. TORES‏ يجب توافر بضعة كواشف سريرية Clinical‏
reagents‏ لإدارة تقييم كاف عن احتمالية أن يصبح جين » مأخوذ من غذاء مسبب
للحساسية c‏ مسببًا للحساسية لشخص حساس للغذاء الذي أخذ منه هذا الجين .

وهكذاء فإن أي پروتين جديد منتح من غذاء مسبب للحساسية يجب في البداية
تعريضه لاختبارات خارج الجسم In vitro hl‏ تستخدم أمصال أشخاص معروفين

Wi

بحساسيتهم للغذاء الذي هو مصدر البروتين؟ وذلك لمعرفة ما إذا كانت مسببات
الحساسية قد انتقلت مع البروتين. فإذا كانت النتائج سلبية أو غير مؤكدة» عندها يجب
إجراء اختبارات وخز الجلد في الجسم الحي In vivo‏ مواد اختبار الحساسية. أما إذا
كانت gil‏ الاختبار تبين خلو هذا الغذاء المعروف بأنه مسبب للحساسية من
مسبباتهاء عندها يجب أن يخضع هذا الغذاء للمزيد من الفحوصات التأكيدية. وأما
تلك الأغذية التي تفشل في إعطاء نتائج موجبة في الاختبارات في الجسم الحي أو
can Jo‏ فيجب أن تعامل مثل أي غذاء آخر من حيث تسبيب الحساسية. ويلخص
الشكل (Y)‏ ما سبق ذكره .

WY

أ. د . خليل المغربى و أ . د . غاندى أنفوقة

كواشف سريرية وآشخاص

لإجراء الاختبارات عليهم اختيارات خارج الجسم الحيّ
لانتقال مسبّبات الحساسية

نتائج سلبية أو غير مؤكدة في

اختبارات وخز الجلد قي الجسم الحي
بمواد اختبار الحساسية

نتائج سلبية في الاختبارات
في الجسم الحي

الشكل (v)‏
اختبارات تقييم المنتجات باستخدام التكنولوجيا الحيوية.

WY

N‏ صل

دور التكنولوجيا الحيوية في مجال الإنتاج الزراعي

Lge التي درج التعبير‎ «Transgenic plants ly 8j xl النباتات‎ eee

بالكائنات المحو e Genetically modified organisms (GMOs) Uli;‏ المستعملة
في إنتاج الغذاء» مسميات عدة منها: نباتات التكنولوجيا الحيوية Biotech‏
plants‏ والتباتات المهندسة جينيًا «Genetically engineered plants‏ للدلالة على أن
هذه النبانات تحوي جينسًا جديدا لم يكن موجودًا في النبات الأصلي» أدخل فيه
باستعمال تقنيات الهندسة الورائية. ويؤدي Joss]‏ هذا الجين فى المادة الوراثية للنبات
إلى تغيير في طبيعته؛ بحيث يصبح قادرا على إنتاج مواد مختلفة» أو حتى مواد
جديدة؛ أو بحيث يصبح Uae‏ بخواص فسيولوجية جديدة لم تكن موجودة سابقًا

| O44. LU)
i ملخصًا للطريقة المتبعة في الحصول على النباتات المغيّرة‎ (E) ويوضح الشكل‎

ene

اختيار الجين المطلوب وأخذه من مصدرهء سواء أكان نبانًا أم حيوانًا أم Gets‏ دقيقًا

dis]‏ الجين في كروموسومات النبات المرغوب فيه بمسدس الجينات» أو
باستعمال بكتيريا خاصة

تنمية الخلايا المعدلة جيناتها في نبات

تربية خلطية Cross breeding‏ لقرابة 3 أجيال

الحصول على الصنف المغير الذي يحوي الين الجديد؛ مع مات من
الجينات الأصلية المرغوب فيها

الشكل )£(
الخطوات الرئيسية في الحصول على النباتات المحورة ورائيا.

{yé

أ. د . خليل المغربي و أ. د. guile‏ أنفوقة

قُدرت الرقعة المزروعة بالنباتات المحورة ورائيًا عام ١9195‏ بنحو VO‏ مليون دوخ .
وارتفعت عام ۱۹۹۷ لتصل إلى ما يقرب من o‏ أمثال ذلك؛ أي إلى حوالي VY‏ مليون
هكتار( ١١‏ مليون دونم). وتفيد معلومات اتحاد الصويا الأمريكي أن ما نسبته ped‏
الأراضي المزروعة بالصوياء PATE‏ الأراضي المزروعة بالذرة الصفراء و٠4/‏ من
الأراضي المزروعة بالقطن» سوف تزرع ببذور محورة وراثا . OLY Nady‏ المتحدة
الأمريكية وكندا وأستراليا والأرجنتين والمكسيك من الدول الرائدة فى هذا المجال .
ويبدو أن صناعة نباتات التكنولوجيا الحيوية في ازدهار وازدياد. فهنالك بعض الدوائر
التجارية البريطانية التي تتنبأ Ob‏ يصل حجم السوق العالمي لمنتتجات هذه التكنولوجيا
إلى ٠٠١‏ مليار دولار في غضون عامين؛ في حين تعتقد منظمة التكنولوجيا الحيوية
الأوروبية أن حجم قطاع هذه التكنولوجيا سيصل إلى 5 مليار دولار عام ۲۰٠۵‏
(اليماني» 1999).

كيفية نقل الجينات المفيدة للنبات

بعد تعيين الصفة المرغوب فيها للنبات ٠‏ لا بد من تحديد الناقل أو الحامل Vector‏
الذي يستطيع حمل هذه الجينات إلى داخل النبات . ومن هذه النواقل : بكتيريا التدرن
التاجي Crown gall‏ المعروفة باسم Agrobacterium tumefaciens‏ وتصيب هذه
البكتيريا أنواعا كثيرة من النباتات» وتسبب لها أورامًا في المنطقة التاجية من النبات .

وآلية حدوث الورم هي UNUS‏ : تحتوي البكتيريا على پلازميدات خاصة تسمى
اليلازميدات المسببة للأو رام Ti = Tumor-inducing plasmids‏ . وتتكون هذه
البلازميدات من حلقات من الدنا تحتوي على نحو bp ٠٠٠٠١٠١‏ من
النبوكليوتيدات» يوجد منها في منطقة تسمى منطقة ٠٠٠٠١ “T?‏ مط فقط من
النيوكليوتيدات» تقوم بإنتاج صفة الورم . وتعمل البكتيريا على غرس الجينات الخاصة
بتكوين الأورام في جينوم النبات ؛ ما يؤدي إلى تكون الأورام . والبلازميدات Ti‏ مهمة
بالنسبة للهندسة الوراثية ؛ إذ بإمكاننا وصل الجين » المراد نقله إلى نبتة معيئة» بمنطقة VT‏

Wo

وبذلك ينتقل هذا الجين إلى كروموسوم النبات . وعند التعبير عن هذا الجين» تظهر
الصفة الجديدة في LAH‏ المتحولة (العمري وآخرون» (VAAT‏

وبشكل عام» فإن مجالات استخدام التكنولوجيا الحيوية في الزراعة متعددة
وواسعة؛ نذكر منها:

. التسميد الحيوي (المخصبات الحيوية)‎ .١

i‏ تلقيح الأراضي المستصلحة بفطر الميكورايزا Mycorhiza‏ للاستفادة من العناصر
الغذائية .

. استخدام الهندسة الورائية في تثبيت ت النيتروجين‎ S

. مكافحة الآفات الزراعية‎ . ٤

. Tissue culture زراعة الأنسجة‎ . ô

5 . حماية الغابات والحفاظ عليها.

v‏ التقييم البيئي للمنتجات الزراعية المنتجة باستخدام التكنولوجيا الحيوية (التجربة
الكندية) .

Yal‏ : التسميد الحيوي

توفر الكائنات الحية الدقيقة العناصر الغذائية للنبات» بدلاً من استخدام الأسمدة
الكيميائية التي تتزايد أسعارها كل عام. وبذلك» يتحقق هدفان: أحدهما اقتصادي ؛
وهو خفض الكلفة عن طريق التقليل من استخدام الأسمدة» وزيادة إنتاج لالحصول»
وسرعة نموه. والثانى هدف بيئى ؛ وهو الحد من التلوث البيتى » لأن الزيادة فى
استخدام الأسمدة الكيميائية تؤدي إلى فقدان جزء منها مع المياه الجوفية ؛ ما يضر
بصحة الإنسان والتوازن البيئي . ومن المعروف 4d‏ يحصل على الئيتروجين من الجو عن
طريق الكائنات الدقيقة : إما بشكل عقد بكتيرية فى حالة النباتات البقولية؛ أو من
الميكروبات الحرة المثبتة للنيتروجين الجوي (الرجوي» AAIE‏

Wi

أ. د. خليل المغربي و أ. د. غاندي أنفوقة

أنواع الأسمدة Asgard!‏

يذكر الرجوي (AAA E)‏ أسمدة حيوية cle‏ منها:

١‏ . الميكروبين: يتكون من مجموعة كبيرة من الكائنات الحية الدقيقة› التى تزيد من
خصوبة التربة عن طريق تثبيت النيتروجين الجوي» وتحويل الفوسفات والعناصر
الصغرى إلى صورة صالحة لامتصاص التبات؛ كما تعمل على مقاومة بعض أمراض
التربة.

؟. الفوسفورين: يحتوي على بكتيريا نشطة جدا في تحويل الفوسفات الثلاثي
الكالسيوم غير الميسر للنبات إلى فوسفات أحادي الكالسيوم ميسّر للنبات. وسرعان ما
تتكاثر هذه البكتيرياء وتنتتشر في منطقة جذور النبات» وتمده بالفوسفور في أثناء
مراحل egi‏ المختلفة . وبذلك» فإنه يمكن ‏ باستخدام هذا المخصب ‏ تخفيض معدلات
استخدام الأسمدة الفوسفاتية المختلفة .

LY‏ العقّدين : يحتوي على بكتيريا العقد الجذرية» ويستخدم مع المحاصيل البقولية
الصيفية والشتوية؛ ويمكن أن يخلط مع الفوسفورين للحصول على فائدة مزدوجة.
ويجب إضافة جرعة تنشيطية من السماه النيتروجيني ٠٠١ - Et)‏ كغم
نيتروجين/ (eye‏ عند الزراعة . وبعد ay YO‏ من الزراعة » تفحص جذور النبات . فإذا
تكونت ٠١‏ عقد لكل نبات أو اكثر ذات لون أحمر من الداخل» يعد التلقيح ناجحًا.
وعندها يكتفى بالجرعة التنشيطية من السماد النيتروجيني OY t‏ زيادة التيتروجين على
ذلك من شأنها أن تعمل على تثبيط فعالية العقد الجذرية. ul‏ في حالة عدم نجاح التلقيح
البكتيري» فيسمد المحصول بالكمية المقررة له من السماد النيتروجينى .

٤‏ . سماد الغاز الخيوي: سماد سائل ينتج من طاقة الغاز الخيوي؛ ويستخدم مباشرة
مع ماء الري؛ أو يجفف ويعبأ في أكياس لاستخدامه عن طريق النثر. ويتكون من المواد
الآتية ٠:‏ / رطوبة؛ ٠١‏ / مادة عضوية؛ ٠,١‏ / نيتروجين؛ SN O‏ فوسفور؛
4 پوتاسيوم؛ إضافة إلى كميات مناسبة لنمو النبات من العناصر الصغرى .
والسماد مخصب عضوي متكامل يقلل من استخدام الأسمدة الكيميائية . وقد أدى

WY

التسميد به إلى زيادة إنتاجية المحاصيل كما يأتي : OY 0) à i‏ والقمح
CAY)‏ والفول OA)‏ والخضراوات CAV)‏

ثانيًا: تلقيح الأراضي المستصلحة بفطر الميكورايزا للاستفادة من العناصر

الغذائية
تتلخص فوائد هذه الطريقة فيما يأتي:
.١‏ زيادة نمو النبات.
LY‏ تحمل النبات للعطش .

. رفع خصوبة الأراضي الجيرية والأراضي الرملية تحت الاستصلاح‎ Y

وتحدث هنا علاقة تكافلية من نوع تبادل المنفعة بين فطر الميكورايزا وجذور النبات.
فينمو الفطر بصورة رئيسية داخل خلايا منطقة القشرة لجذور النبات» ويؤدي إلى نحسين
نمو النبات بسبب حصول هذا النبات على الكثير من العناصر الغذائية» كالفوسفات
والپوتاسيوم والكبريت والنحاس والزنك» بصورة أفضل بمساعدة هذا الفطر.

ويختلف التلقيح بالميكورايزا عن التلقيح بواسطة الكائنات المثبتة للنيتروجين الحوي
في عدم إمكانية تنمية الميكورايزا حتى في بيئة صناعية god)‏ بصورة مزارع الأصص
t (Pots‏ في حين أن التلقيح يكون بواسطة جرائيم الميكورايزا المعزولة من الجذور
والتربة . وبصفة عامة» فإن التلقيح بقطع الجذور المصابة يمكن أن يعطي نسبة أعلى من
الإصابة؛ مقارنة بالتلقيح بجراثيم الميكورايزا. ويستخدم فطر الميكورايز! في التربة
الجيرية »التي تكون قوة تثبيت الفوسفور فيها عالية جدا وكمية الفوسفات القابلة
للاستفادة ضعيفة؛ فيعمل هذا الفطر على توفير الفوسفور للنبات . كذلك» OB‏ تلقيح
الأراضي الرملية تحت الاستصلاح بالميكورايزا أمر ضروري جدا؛ OY‏ مثل هذه التربة
فقيرة جدا بالعناصر الغذائية . وعليه» OLS‏ من المفيد استغلال هذا الفطر فى توفير
العناصر الغذائية للنبات (الرجوي» (E‏

WA

أ. د. خليل المغفربي و أ. د. غاندي أنفوفة

rls‏ : استخدام الهندسة الوراثية في تثبيت النيتروجين
يمكن استخدام الهندسة الورائية في تشي Eo n AME n‏
.١‏ نقل الجينات الخاصة بالعلاقة 3 التكافلية من ثبات بقولي إلى ثباث غير بقولي .
؟. نقل الجينات الخاصة بتثبيت النيتروجين الجوي من البكتيريا المثبتة للنيتروجين
إلى النبات .
وتنتج عن الحالة الأولى نباتات غير بقولية قادرة على تكوين علاقة تكافلية مع
بكتيريا الرايزوبيوم؛ ومن ثم تكوين عقد تحتوي بداخلها هذه البكتيريا وتشبيت
النيتروجين . أما في الحالة ASL‏ فإن النبات YEU!‏ يحتاج إلى بكتيريا تثبيت
النيتروجين إطلاقًا؛ Ely‏ يقوم بتشبي meta e pH corde Sars‏

.١‏ نقل الجينات الخاصة بالعلاقة التكافلية من نبات بقولي إلى نبات غير بقولي

ميكانيكية تكون العقد

تعتمد هذه اليكانيكية على آلية وراثية في كل من النبات البقولي وبكتيريا
الرايزوبيوم C‏ تمكنهما من تعر الواحد الآخر ومن التعاون التكافلي معًا . يفرز النبات
مواد كيميائية متعددة معينة تجذب بواسطتها بكتيريا الرايزوبيوم إليها» وتستجيب لها
بكتيريا الرايزوبيوم باختراق جذور النبات وتكوين عقد بكتيرية عليها» ومن ثم تتكاثر
بسرعة مثبتة النيتروجين الجوي؛ بحيث تستفيد من الغذاء السكري الذي يكونه
النبات» وتكون للنبات المركبات النيتروجينية اللازمة له (الرجوي» ORAE‏

وتجرى Ie‏ بحوث غايتها إنتاج سلالات من القمح الذي توجد على جذوره عقد
البكتيرياء التي تقوم بتثبيت النيتروجين الجوي وتحويله إلى سماد نيتروجيني . وقد OSE‏
العلماء من نقل الات الخاصة ببكتيريا Rhizobium tripholii‏ التي تنعايش مع نبات
البرسيم دون غيره من النباتات» إلى جذور نبات القمح. ونجحت تلك التجارب؛
وان باد حيرت تيع itis sedisse un Elo‏
(الرجو QAAE‏

wA

وأنجز نقل جينات تثبيت النيتروجين من نباتات بقولية إلى نباتات أخرى» كالشعير
والذرة؛ لجعلها قادرة على صنع ما تحتاج إليه من أسمدة نيتروجينية عن طريق العقد
البكتيرية .

إن مثل هذه الخطوة تبدو مجدية لمجابهة خطر الجوع ؛ خاصة OY‏ إنتاج العالم اليوم
من القمح والشعير والذرة لا يتجاوز ٠٠١‏ مليون طن فقط . CAS‏ قام الباحشون
بإنتاج سلالات من نبات عباد الشمس بصفات وراثية مرغوب فيهاء شبيهة بتلك
الموجودة في نبات الفاصوليا. فقد عزل جين مسؤول عن المادة البروتينية الموجودة في
حبات الفاصوليا يسمى فاصولين Phaseoline‏ ؛ وهو موجود في كل النباتات البقولية .
ثم حقن هذا الجين في نبات عباد الشمس بواسطة بكتيريا التدرن التاجي . وأعطى ذلك
نبات عباد الشمس ميزتين عالميتين» هما:

أ. كونه مصدرا للزيت النباتي المسمى باسمه .

ب . كونه مصدرا G‏ بالبروتين.

واكتسب نبأت عباد الشمس ميزة CAU‏ تتمثل في قدرته على الاستفادة من
النيتروجين وتحويله إلى مواد پروتينية نافعة» عن طريق تثبيت النيتروجين الجوي
بواسطة نوع من البكتيريا التي تتعايش مع الجذور؛ فيحدث تثبيت النيتروجين GU‏ كما
يحدث في البقوليات (الحفارء .)۱۹۸٩‏

وهنالك مشروعات هدفها تحسين علاقة تكافل ثلاثية معروفة منذ زمن طويل لدى
مزارعي الأرز في قيتنام والصين» وذلك لتوفير النيتروجين لنبات الأرز؛ حيث ينمو في
حقول الأرز س رخس مائى Water fern‏ اسمه أزولا Azolla‏ « يعيش فى أوراقه
لات pd‏ مروف Anabaena agallae dN‏ . يثبت هذا الطحلب النيتروجين في
أوراق السرخس؛ ومن ثم فإنه عند تحلل السرخس يصبح هذا النيترو جين المثبت متاح
لنبات الأرز. ويعمل المختصون في الهندسة الوراثية على abo‏ هذا النظام التكافلي إلى
إنتاج مستويات أعلى من النيتروجين المثبت » ليستخدم في تسميد الأرز وزيادة إنتاجه
(مستجير (AA‏

VAs

Y‏ . ثقل الجيئات الخاصة بتثبيت النيتروجين الجوي من اليكتيريا المثبتة
للنيتروجين إلى النيات

تقوم البكتيريا بتثبيت النيتروجين عن طريق جهاز وراثي» يسمى جهاز M‏
النيتروجين أو جهاز نيف CNIÉ‏ وهو مؤلف من قرابة Ce WV‏ وقد أمكن بالفعل JE‏
هذا الجهاز على بلازميد إلى البكتيريا tE. coli‏ فأصبحت هذه البكتيريا تثثبت
النيتروجين (مستجیر SAC‏

وهئالك محاولات الهدف منها إكساب النباتات القدرة على تثبيت النيتروجين
اللازم من الهواء؛ بدلاً من الاعتماد على البكتيريا المثبتة للنيتروجين (الجمعية الطبية
البريطانية» ترجمة مصطفى فهمي» V990‏ وإذا نجح العلماء في نقل هذه الجينات»
OG‏ النباتات الناتجة ستتفوق على مثيلاتها الطبيعية» التي تعيش حياة تكافلية مع بكتيريا
العقدالجذرية. er A Ri‏ على سبيل
المثال؛ حيث توجد على جذوره ٠٠١-5٠‏ عقدة بكتيرية تقوم بتثبيت النيتروجين
Sis assis syne gt‏ لبون علا كي اه ان داج رانم إلى
غذاء وطاقة Lead‏ من النبات؛ ومن ثم فإنها تعيق النبات عن إنتاج المزيد من
الحبوب. OB cede y‏ قيام النبات بتثبيت النيتروجين بنفسه» من دون الحاجة إلى بكتيريا
تثبيت النيتروجين» هدف كبير يستحق الدراسة .

اا اح جا ea‏ دنه dodi toss‏ ع لاه لا ا
النبات . كذلك» لوحظ أن وجود الأكسجين من أهم ما يعيق عمل جهاز نيف داخل
أنسجة النبات » وعملية تشغيل تلك الجينات . فهذا الغاز يعد ضارا لمجموعة إنزيمات
النيتروجينيز؛ وهي الإنزيمات الرئيسية في نظام تثبيت الئيتروجين الجوي . فهو الذي
يكسر الرابطة المزدوجة القوية لجزيء النيتروجين؛ وهو الذي يختزله إلى
نشادرء ويؤدي إلى اتحاد النشادر مع الجزيئات العضوية في الخلية» لتبني منها حموضا
أمينية لبناء البروتين. وعلى الرغم من أن هذا الإنزيم حساس جدا تجاه الاكسجين. OP‏

VAS

عمليات تثبيت النيتروجين الجوي تجري فى بيئة محاطة بالأكسجين t‏ ما أثار الدهشة من
هذه العملية . لذلك» فقد اتفق على ضرورة وجود نظم معيئة تتمكن بها خلايا البكتيريا
الهوائية من حماية هذا الإنزيم ا موجوده بداخلها من تأثير الأكسجين
(الرجوي» (8A E‏

Cait)‏ : مكافحة الآفات الزراعية

تُوظف التكنولوجيا الحيوية في مكافحة الآفات الزراعية عن طريق :
١‏ . استخدام الفيروسات.

. إنتاج نباتات مقاومة للأمراض القيروسية .

. استخدام الفطريات‎ Y

5 . استخدام البكتيريا.

6 استخدام البكتيريا لحماية النبات من أضرار الصقيع .

5. استخدامها التقنية الحيوية مجسا لتشخيص الأمراض ASL‏
. إنتاج UL‏ مقاومة لمبيدات الأعشاب .

تاسوريفلا.١‎

توجد القيروسات الباكيولية في الطبيعة وتهاجم الحشرات؛ لكنها لا تهاجم النبانات
والحيوانات الأخرى . إلا أن مفعولها بطيء جدا؛ بحيث تستمر الحشرات في إتلاف
النباتات لأيام وأسابيع » قبل أن تموت بفعل القيروسات .

وهذا شجع العلماء في معهد الفيروسات والأحياء الدقيقة البيئية في جامعة
أكسفورد على جعل القفيروسات الباكيولية المهندسة CS‏ أكثر فعالية من نظائرها
الطبيعية. فقد دمجت جينات بكتيرية pith‏ لسموم قاتلة للحشرات؛ fhe‏ : سموم

VAY

أ. د. خليل المفربي و أ. د. غاندي أنفوقة
البكتيريا yall Bacillus thuringiensis‏ & ب «Delta endotoxins‏ و سم العنكبو ت
والعقرب . وهكذاء أصبحت الفيروسات ذات قوة قتل مضاعفة (الجمعية الطبية
البريطانية » تر جمة مصطفى فهمي» 1480( و (عبد (AV e Jbl‏

۲. إنتاج نباتات مقاومة للأمراض الفيروسية

تهدد الأمراض الفيروسية زراعة الخضراوات في المناطق الحارة وشبه الحارة ؛
كالبندورة» والبطيخ » والكوساء والخيار »وغيرها. وقد شهدت السنوات الأخيرة
تدهور مساحات كبيرة من الخضر» بسبب انتشار الأمراض الفيروسية فيها. وتعتمد
الطرق التقليدية على إزالة عوائل الفيروسات» خاصة تلك التي تختبى في أثناء الشتاء؛
إضافة إلى رش المبيدات لمكافحة الحشرات الناقلة للشيروسات . وهذا أدى إلى ظهور
سلالات من الحشرات مقاومة للمبيدات ؛ عدا تلوث البيئة وزيادة التكاليف .

لذلك» أصبح من المفيد إنتاج أصناف مقاومة للشيروسات؛ وذلك بالبحث عن
مصادر المقاومة في الأصناف القائمة والقدية » والأنواع القريبة منهاء أو حتى في
الأجناس الأخرى التابعة للعائلة نفسها. وفي كثير من الأحيان» يلجأ مربو النبات إلى
الأنواع البرية؛ خخاصة في حالة العائلة القرعية. وعموماء على العكس من النباتات
التي تصاب بالفطر أو البكتيرياء فإن المقاومة للثيروس غالبا ما تكون ثابتة .

كذلك» أمكن إنتاج نباتات قادرة على إنتاج الغطاء البروتيني للقيروس Virus coat‏
Gig, «protein (VCP)‏ إكسابها مناعة ضد الإصابة الفيروسية (عبد (AAY c JLi‏

Y‏ . الفطريات
استخدم العلماء فطر Beauveria‏ لمقاومة بعض الحشرات . كذلك» استخدموا
بعض الفطريات. مثل pac Trichoderma‏ فطر غير ضار يهاجم بعض الكائنات

VAY

الضارة في التربة؛ ومن ثم يقلل الخسائر ولا يلوث البيئة. كما تجدر الإشارة إلى أنه
يمكن استعمال الهندسة الوراثية في دمج البروتويلاست Protoplast‏ الخاص ASL‏ من
فطر نافع في فطر واحد» ليؤدي أكثر من غرض في عمليات المكافحة الحيوية للآفات
(عبد العال c‏ ۱۹۹۷) .

t‏ . البكتيريا

استخدم المزارعون بكتيريا Bacillus thuringiensis‏ منذ أواخر السبعيئيات من
القرن العشرين مبيدا حيوياء lat‏ محاصيلهم من حشرات كثيرة» مثل الذباب ودودة
ورق القطن وغيرها من الآفات؛ وذلك برش معلق من البكتيريا على تلك المحاصيل .
إلا أنه يجب رش المحاصيل مرات متكررة» وليس مرة واحدة» للحصول على
استمرارية في الوقاية .

وقد قامت شركة Monsanto‏ بزراعة الجين المسؤول عن سمية هذه البكتيريا ونقله
إلى بكتيريا Pseudomonas fluorescens‏ . وهذه البكتيريا غير ضارة» وتستعمر
التربة وجذور النباتات ؛ ويمكن أن تعطي وقاية لأمد طويل ضد آفات التربة (الجمعية
الطبية البريطانية » ترجمة مصطفى فهمي» 3430( و (عبد العال»/991١).‏

كذلك» تقوم الشركات الأمريكية Te‏ بإنتاج عدد من المحاصيل الزراعية المقاومة
ol tt‏ مثل : > شفية الأجنحة Lepidoptera‏ (الفراش والعث)ء وغمدية الأجنحة
cC pabi) Coleoptera‏ وثنائية الأجنحة Diptera‏ (الذباب) . وهذه المحاصيل منتجة
بالهندسة الوراثية» بعد إضافة جين خاص من بكتيريا t Bacillus thuringiensis‏
وهي قادرة على حماية نفسها بنفسها (عبد العال» (RAV‏

VAL

أ.د . خليل المغفربى و أ. د. غاندى أنفوقة

مصدر المقاومة للحشرات

هو جين موجود في بكتيريا Bacillus thuringiensis‏ ؛ وهو مسؤول عن gH!‏
يروتين سام للحشرات يسمى إندوتوكسين دلتا endotoxin‏ 106118. وقد نجح العلماء
في نقل ذلك الحين إلى داخل النباتات » باستخدام تقئية الحمض النووي المطعم TDNA‏
(عبد ILS‏ ۱۹۹۷).

(Bt) Bacillus thuringiensis ايريتكبلا مكان وجود‎

توجد البكتيريا Bt‏ في التربة؛ وهي موجبة الغرام Gram eve‏ . وعزل ٠١, ٠٠١‏
سلالة منها حتى عام VAM‏ وهي محفوظة في بنك الجينات بهيئة ATCC‏
الأمريكية . وقد طورت طرق عزل هذه البكتيريا عن الفطريات والبكتيريا الأخرى؛
JS‏ العيئات dale‏ أسيتات الصوديوم «Sodium acetate‏ التي تؤدي إلى إنبات
جرائيم الفطر والبكتيريا الأخرى» وهذه يتخلص متها بالحرارة. UT‏ جراثيم (Bt‏ فلا
تنبت ؛ وهي لذلك لا تتأثر با حرارة» فتبقى .

lg Ad‏ هذه Gye Mis all‏ كر LÀ Bt‏ الع و E‏ جو 150 و ف ال
التي نعيش فيها. وبذلك» فهي ليست من الجراثيم النادرة (عبد ORAY Sl‏

سموم البكتيريا Bt‏ وطريقة عملها

تنتج البكتيريا بلورات من البروتين السام في أثناء عملية التجرثم . وقد عزل ٠٠‏ نوعاً
من البروتين» وعمل تعاقب لها. وسميت باسم (Cry‏ وهي اخحتصار لكلمة بلورة
بالإنجليزية Crystal‏ . وأعطيت أرقاماً من ١‏ إلى 4 مثل 1-1 Cry‏ وتحت كل نوع
منهاء استخدمت حر وف كبيرة» مثل A,B,C,D‏ وحروف صغيرة أيضاء مثل Cry‏
(b)‏ 14 . ويعرف الرمز Cal‏ بأنه الجين المسؤول عن مقاومة الحشرات . ولكي يؤدي
البروتين السام تأثيره في الحشرة» فإنه يلزم إذابته في معدة الحشرة ذات الوسط
القاعدي» بحيث تقوم الإنزيمات بعد ذلك بتنشيطه ؛ في حين لا يعمل السم في معد
باقي الحيوانات» لأنها ذات وسط حَمضي .

Ao

وتتلخص طريقة عمل السم في أنه يؤدي إلى فقدان أيون البوتاسيوم من الخلايا
المبطنة لغشاء معدة الحشرة Endothelial cells‏ . فتفقد خواصها الأسموزية» وتمتص
كمية كبيرة من الماء؛ فتموت الحشرة (عبد العال» LCV AV‏ أبرز عيوبها فهي :

# الكفاءة البطيئة ؛ وذلك إذا أخذ في الحسبان قصر مدة بقاء المبيد في e JAH‏ وبطء
الفعالية ضد الحشرات واعتياد المزارعين على رؤية الحشرات ميتة بعد ساعات من رش
المبيد الكيميائي .

» ارتفاع ثمنها مقارنة بالمبيد الكيميائي .

. تكون المناعة‎ e

5. استخدام اليبكتيريا لحماية النيات من أضرار الصفيع

ابتكر العلماء طريقة حديثة لمقاومة إتلاف الصقيع للمحاصيل . فبدأوا باستقصاء
السبب في أن بعض أنسجة النبات تصاب بالصقيع ؛ في حين أن بعضها الآخر لا يتأثر»
حتى لو برد لدرجة حرارة أقل كثيراً من درجة التجمد . وقد وجد أن هنالك بكتيريا
تعمل مراكز تنوية «Nucleation centers‏ تقوم بصنع بلورات ثلج على سطح
الأوراق؛ ومن ثم فإنها تسبب التلف بالصقيع . وفي غياب هذه البكتيرياء تستطيع
النباتات أن تبقى حية؛ بالرغم من التعرض لحرارة منخفضة . وقام العلماء بحذف Chl‏
المسؤول عن تنوية الثلج» ثم رش البكتيريا المحورة (التي سميت «بكتيريا ناقصة الثلج»»
بسبب عدم قدرتها على صنع بلورات الثلج) على النباتات» لكي تقوم بمنافسة الأنواع
الطبيعية وتحل محلهاء أو تمنعها من استعمار النبات . وقد جحت هذه الطريقة في
خحفض أضرار الصقيع في نبات الفراولة بنسبة 90-7١‏ / (الجمعية الطبية
البريطانية » ترجمة مصطفى فهمي» 442(

1A1

أ. د . خليل المغربي و أ. د . غاندي أنفوقة

. استخدام التكنولوجيا الحيوية مجسا لتشخيص الأمراض النباتية

تستخدم التكنولوجيا الحيوية في تشخيص الأمراض النباتية ؛ وذلك باستعمال
حمض نووي خاص Cone‏ لتعرف الأمراض» أو أي صفة وراثية Liy.‏ هذه الطريقة
من أهم الطرق وأدقها لتعرف» ليس النوع Species‏ فحسب ؛ بل حتى سلالة الفطر أو
البكتيريا أو الفيروس أو الطفيل المسبب للمرض في النبات . ويقوم التشخيص على
تعريف التعاقب الخاص بجينوم المسبب المرضي ؛ ثم عمل مجس يكون تعاقب قواعده
مكمّلاً له . ويمكن عمل بطارية تضم مجسات عدة» لتسهيل التعرف إلى مجموعة من
NT‏ ال فى متطقةما: cota‏ يكن تمرف تلك pL MI‏ رة فة Jeb)‏
AAAY Oud‏

. إنتاج نباتات مقاومة لمبيدات الأعشاب

استخدم العلماء التقنيات الحيوية الحديثة في تطوير نباتات قادرة على تحمل مبيدات
الأعشاب؛ بوصفها وسيلة حيوية للمزارع في توسيع اختياراته لمكافحة الأعشاب .

ثمة ادعاءات تقول إن انتقال الصفات» كصفة تحمل مبيدات الأعشاب مثلاً» من
نبات مهندس ورائيا إلى الأعشاب يكن أن يؤدي إلى وجود عشبة من الصعب
مكافحتها؛ أو قد تكون أكثر غزوا للحقول. وفي الحقيقة Op e‏ هذه الادعاءات غير
صحيحة ؛ ON‏ انتقال صفة تحمل مبيدات الأعشاب يعني بيساطة أن العشبة أصبيحت
مقاومة لبيد أعشاب معين (مبيد واحد فقط) . لكن يظل بالإمكان مكافحة العشبة بطرق
المكافحة الأخرى» كالحراثة؛ أو حتى باستخدام مبيد عشبي آخر (Anonymous,‏

. 1999b)

[C 45A زراعة الأنسجة [عن (مستجير.‎ : Cole

تقنية زراعة الأنسجة مصطلح عام ينطبق على جميع أنواع الزراعة المخبرية التي

ا

تجرى تحت ظروف تعقيم كامل . فهي التقنية الجديدة المكملة للهندسة الوراثية في
النبات؛ إذ يعتمد النجاح في تطعيم خلايا النبات بالجينات على النجاح في استزراع
هذه الخلايا بزراعة الأنسجة . وتضم هذه التقنية Lol gl‏ متعددة» تختلف باختلاف
المنفصل النباتي 1374م:8؛ أي الجزء من النبات الذي يستخدم في الزراعة المعملية.
ويسمى نوع الزراعة باسم الجزء المستخدم في الزراعة» على النحو الآتي :

. Embryo culture زراعة الأجنة‎ -

- زراعة البارضة (الرستيمة) Meristem culture‏ .

. Anther dul زراعة المتلك‎

-زراعة حبوبف اللقاح Pollen culture‏ .

. Leaf culture زراعة الأوراق‎ -

. Cell culture GAH! -زراعة‎

. Auxiliary bud culture 4.3144 زراعة البراعم‎ -

-زراعة القمةالنامية للجذور Root tip culture‏ (المنظمة العربية للتئمية
الزراعية ۰ ۱۹۹۸) و(مستجيرء NAVA‏

وعليهء فمن الممكن استنبات الأنسجة النباتية في بيئة مغذية تختلف في ت ركيبها
باختلاف نوع النبات» وباختلاف الجزء المستنبت (جزء من ورقة أو ساق أو جذر أو قمة
نامية . . . إلخ). لكن هذه البيثات جميعا لا بد لها من أن توفر ما تحتاج إليه الأنسجة
والخلايا من مواد غذائية وتنشيطية (الجدول4).

AAA

أ.د . خليل المغربي و أ. د. غاندي أنفوقة

الجدول )£( : محتويات البيئة المستخدمة في زراعة الأنسجة النباتية.

مصدر للكربوهيدرات؛ إذ لا تستطيع الأنسجة
النباتية المنفصلة عادة توفير الكربوهيدرات لنفسها.
تستطيع الأنسجة المنفصلة أن توفر لنفسها الحموض
الأمينية؛ غير أن إضافة البعض منها قد يشجع
الدمو والتضاعف .

مثل النحاس والزنك Lx,‏ والحديد والبورون
والمولبد نوم .
يعطى البكتين البيئة الغذائية التى قوامها الصلب أو

حالة البيئة السائلة .

- هرمون الأوكسين: يدشط تكوين الحموض
النووية» والنسيج اللين Callus‏ ونمو الخلاياء
وتكوين الجذور.

-هرمون السيتوكاينين: ينشط انقسام الخلايا
وتكوين النموات الخضرية »ويشبط QUSS‏
الجذور.

TAA

ويعتمد التشكيل الخارجي على نسبة كل من هرموني الأوكسين والسيتوكاينين»
وتركيزه في البيئة المغذية . فزيادة نسبة الأوكسين إلى السيتوكاينين تنشط تكوين الأجنة
والجذور والنسيج اللين؛ في حين تنشط زيادة نسبة السيتوكاينين إلى الأوكسين النموات
الخضرية والأفرع .

تحضر المزرعة Jolas‏ حموضة يتراوح بين ۵ و 0,7 في البيئات السائلة ؛ وبين ”,0
A y‏ ,0 في البيئات الصلبة. ويضبط الرقم الهيدروجيني pH‏ بالمحلول Buffer Sidi‏
solution‏ ويؤثر الانخفاض أو الارتفاع عن هذا المدى سلبًا في النمو UIs.‏ يتأثر
النمو إذا كان الضغط الأسموزي أعلى من ٠, ١‏ . ويزداد الضغط الأسموزي بإضافة
المانيتول للوسط الاختباري (المنظمة العربية للتنمية الزراعية؛ A‏

وعند وضع قطع النبات في البيئة» تنشط الخلايا بالأجزاء المجروحة الملامسة للبيئة ؛
فتتكون كتلة من الخلايا البرانشيمية تسمى النسيج اللين» وذلك في غضون 4-7
أسابيع . ثم تترك لتكبر حتى يصل قطرها إلى ٠-1‏ سم . فتفصل وتجزأ إلى قطع صغيرة»
تزرع في بيئة مغذية أخرى ذات تركيب هرموني ينشط تكوين الجذور والبراعم
الخضرية والأفرع والأوراق؛ ثم تنقل النباتات إلى الحقل لتنمو إلى نباتات كاملة. وقد
يصل ما ينت من كتلة النسيج اللين الواحدة إلى 0٠١‏ نبات.

توفر تقنية زراعة الأنسجة في حد ذاتها مربي النبات وسيلة فاعلة وسريعة لإنتاج
سلالات نباتية تقاوم الأمراض . فقد يلاحظ المربي في حقل أصيب بمرض ما أن بعض
النباتات قاومت هذا المرض؛ ومن ثم يستطيع أن يستخدم خلايا هذه النباتات لإنتاج
نباتات أخرى مقاومة للمرض» كما يأتي :

.١‏ تستررع خلايا النبات في بيئة غذائية تحتوي على المادة السامة التي يفرزها الكائن
الممرض c‏ وتنتخب منها النباتات التي تستطيع تحمل السم .

LY‏ تستزرع ثانية النباتات التي تحملت السم في بيئة غذائية» بعد أن يرفع تركيز السم
في البيئة» جيلاً خلويا وراء جيل ؛ حتى يتمكن المربي من إنتاج سلالة من الخلايا
såa gali‏

adia cols عله الايا إلى‎ oe Y

Me

آ. د . خليل المغربي و أ. د. غاندي 33531

وتمتاز هذه الطريقة بسرعة إجراء عملية الانتخاب ؛ مقارنة بالطرق التقليدية لتربية
النبات . فما يمكن إنتاجه خلال عام بواسطة زراعة الأنسجة, لا يمكن إنتاجه بغيرها في
gl‏ من ٠١‏ سنوات . وكل ما يلزم المربي للاتتخاب في مزارع الأنسجة هو أن يعرف
السم أو يستخلصه . وقد جحت هذه الطريقة بالفعل في انتخاب سلالات مقاومة لمرض
اللفحة في كثير من النباتات» كالبندورة والبطاطا؛ وكذلك انتخاب سلالات من الذرة
مقاومة لمبيدات الأعشاب .

وفي كثير من الأحيان» تننج عن زراعة نسيج نباتي نباتات تتباين كثيرا. وتسمى هذه
الظاهرة التباين الخضري الاستنساخي ¢Somaclonal variation‏ على الرغم من
أنهاء فرضاء متطابقة ty‏ إلا أنه يبدو أن هذا الفرض ليس صحيحًا GE‏ فمن
الممكن للمربي أن ينتخب من بينهاء وينتج منها سلالات ثابتة وراثيًا . وقد أمكن
بالفعل استغلال هذه التباينات في استنباط سلالة من قصب السكر مقاومة لمرض تبقع
العين «Eyespot disease‏ الذي يسبب الفطر Helminthosporium sacchari‏ .
فأضيف السم الذي يفرزه هذا الفطر إلى مكونات البيئة المغذية لتترفع نسبته في كل
جيل نسيجي ؛ حتى أمكن إنتاج السلالة في غضون عام لا أكثر .

ويمكن استخدام تقنية زراعة الأنسجة وسيلة ab‏ الإنتاج. فإذا عثر على نخلة
واحدة أثمرت بلحًا أكثر حلاوة (صفة مرغوب فيها)» فإنه يكن باستخدام زراعة
الأنسجة أن تنسخ منها الملايين» وأن تعرض الأنسجة لضغوط مرضية أو ملحية أو
حرارية ليتتخب منها الأفضل ؛ في حين أنه لا يمكن بواسطة طرق الرراعة التقليدية
LG pua)‏ أو طرق التربية المعروفة» إنتاج سوى عدد محدود من النسل . وقد جحت
هذه الطريقة في إنتاج أشجار نخيل زيت لا تمتاز فقط بإنتاج كمية زيت أعلى تصل
الزيادة فيها إلى cn e‏ تلك المزروعة بالبذور؛ وإنما تمتاز Cad‏ بقصر واضح في طول
هذه الأشجار € مايقلل من كلفة الحصاد» ويزيد من كمية الثمار وجودتها (Barnum,‏
(1998.

VAN

سادسا:حماية الغايات والحفاظ عليها

us‏ الغابات أحد أهم الموارد الطبيعية ؛ إذ ينظر إليها بصفتها موردًا حيويا متجددا
لإنتاج عجينة الورق؛ ومصدرا للأخشاب. ومراعي » ومصدرا لإنتاج الأصماغ . وقد
تعرضت الغابات والأراضي الحرجية في الوطن العربي إلى تدهور شديد في العقود
الثلاثة الماضية؛ وذلك نتيجة لعوامل متعددة . وأهم هذه العوامل : القطع الجائر
للغابات للاستغلال التجاري أو لأغراض توفير الوقود والتدفئة ؛ إضافة إلى مسببات
أخرى» كالحرائق المدمرة» والتوسع الزراعي » والرعي المطلق e‏ والتوسع المدني ؛ ما أدى
إلى فقدان VY‏ مليون دوم من الأراضي الحرجية . ويخشى في النهاية أن يؤدي هذا إلى
سيادة ظاهرة التصحر؛ وتدني قدرة الأراضي الزراعية على الإنتاج ؛ وتدهور التربة
بفعل الانجراف» والرشح» والتصلبء والتملح. .

وتستخدم التقنيات الحيوية مع غيرها من التقنيات الحديثة الأخرى لصيانة الموارد
الطبيعية من أراض ومياه وغابات وتنوع حيوي . وتشمل التقنيات الحيوية في مجال
الغابات الآتي (المنظمة العربية للتنمية الزراعية /199):

- زراعة الأنسجة.

حفظط الأصو ل الورائية مخبر يا In vitro germplasm preservation‏ .

. Genetic engineering or recombinant DNA technology الهندسة الورائية‎ -

-نقل الصفات الوراثية أو الجينات Gene transfer‏ .

ويتحقق ذلك بإحدى الوسائل ASI‏ :

القن المباشر Microinjection‏ للمادة الورائية.

o‏ استخدام سلالات متخصصة من البكتيريا.

الطرق الكهربائية Electroporation‏ .

تقنيات زراعة الأنسجة .

ومن أهم مسجالات استخدام التكنولوجياالحيوية في الغابات إمكانية
استخدامهاء كما في العلوم الزراعية الأخرى »في إنتاج شجيرات وأشجار خالية من

VY

أ. د . خليل المفربي و أ . د . غاندي أنفوقة
الأمراض أو مقاومة لها. أضف إلى ذلك أن احتمال استعمالها في إنتاج الكثير من
المركبات الثانوية احتمال وارد. وعلى وجه الخصوص » تستعمل هذه التكنولوجيا في
المجالات الآتية (المنظمة العربية للتنمية l TALITER‏

أ. الإكثار الخضري. الذي يحافظ على الصفات الوراثية لبعض الأنواع ؛ وبصفة
خاصة» في حالة صعوبة إجراء وسائل الإكثار الخضري المعروفة» كما في حالة العقّل
مثلاً لبعض أنواع القنا. l‏

ب . إنتاج آلاف الأشتال من مصدر محدود عن طريق زراعة الأنسجة؛ وذلك في
ضوء قلة المادة النباتية المتاحة لأحد الهجن المتميزة» كالنخيل وبعض أنواع الحور مثلاً.

ج . حفظ الأصول الوراثية مخبريمًا. ويفيد ذلك في الحفاظ على التنوع
الأحيائي » خاصة بالنسبة للأنواع المهددة بالانقراض ؛ إذ إن حفظ المادة الوراثية على
هيئة بذور لا يفيد في المحافظة على تركيبها الوراثي؛ فضلاً عن أن استخدام الطرق
المعملية يفيد في حفظ الأصول Cal yel‏ طويلة . وتشمل طرق الحفظ المخبري ما يأتي :

| استخدام درجات الحرارة المنخفضة € بحيث تقل عن الدرجات اللازمة للنشاط
الحيوي والدمو لأنواع النبات المختلفة .

١‏ . تخزين المادة النباتية تحت ظروف التعقيم الكامل في محاليل أسموزية معينة؛
لتعطيها فرصة للنمو المخبري في أثناء التخزين .

. إعاقة النمو بإضافة بعض مثبطات النمو لبيئة حفظ المادة النباتية‎ . Y

. تخزين المادة النباتية في النيتروجين السائل ؛ وهكذا يمكن حفظّها سنين طويلة‎ . ٤

سابعا: التقييم البيشي للمنتجات الزراعيه المنتجة بواسطة التكنولوجيا
الحيوية (التجرية الكندية)

تكمن مواطن ضعف التكنولوجيا الحيوية في غموضها وعدم دقتها. فالمهندسون

الوراثيون ينقلون الحينات من كائن إلى آخر» والجين قد يقطع بدقة من المادة الوراثية

للكائن ؛ إلا أن مهندس الوراثة ليست لديه أية فكرة في أي موقع سيغرس هذا الجين في

VAY

شيفرة الكائن الآخر . وفي حالة غرس الجين الجديد أو إدخاله في الكائن ME‏ 2 قد
يحدث خلل أو فوضى في وظيفة جينات أخرى رئيسية في حياة الكائن الذي J‏ إليه
هذا الجين . OP cele‏ الهندسة الوراثية تشبه العمل في جراحة القلب باستخدام مجرفة
(شمس الدين» 3448(

لذلك» تُجري الحكومة الكندية اختبارات تقييم السلامة للمنتجات الزراعية
الجديدة؛ با فيهاتلك المهندسة وراثئيا. وفي هذه الاختبارات» تضع الحكومة
التشريعات من أجل حماية صحة الإنسان والحيوان وسلامة البيئة . وتتحمّل وكالة
التفتيش الغذائي الكندية CFIA‏ المسؤولية في إجراء اختبارات التقييم للنباتات ذات
الصفات الجديدة؛ وعلائق الحيوانات الجديدة» والأسمدة الجديدة» والمستحضرات
الحيوية البيطرية ؛ بما فيها تلك المشتقة من التقنيات الحيوية . Cel‏ وزارة الصحة LLII‏
فهي المسؤولة عن تطبيق اختبارات تقييم سلامة الأغذية الجديدة؛ Le‏ فيها تلك المشتقة
من التقنيات الحيوية .

إن مكتب التقنيات الحيوية للنبات. التابع لوكالة التفتيش الغذائي الكندية» هو
المسؤول عن التشريعات المتعلقة بالنباتات ذات الصفات الجديدة . والجزء المهم من هذه
التشريعات هو إجراء تجربة تحت ظروف حقلية» تعطي مطور النباتات ذات الصفات
الجديدة الفرصة لتقييم هذه النباتات تحت ظروف عالية التحكم . وهذه التجارب الحقلية
مصممة للحد من تأثير النباتات المهندسة وراثيا في البيئة؛ ولمنع إدخال جينات هذه
الأغذية إلى أغذية الإنسان والحيوان» حتى تيم بشكل كامل .

وحين يرغب المطور في تسويق t BLS‏ يجب عليه ترويد مكتب التقنيات الحيوية
للنبات بكل المعلومات المطلوبة» لكي يتمكن من إجراء اختبار تقييم سلامة البيئة . وهنا
يتعين عليه تزويد المكتب بمعلومات عن الصفة الجديدة» والطريقة المتبعة لإدخال الصفة
إلى النبات» والتأثيرات الناتجة من إطلاق النبات في udi‏ المختصّون كل
المعلومات التي زودوا بها. وقد يطلب هؤلاء من مطور النبات»إذا دعت الحاجة»
تزويدهم بمعلومات إضافية غير تلك التي زودهم بها سابقنا .

ASE

أ.د . خليل المغربي و أ. د . غاندي أنفوقة

وحتى Gly‏ على إطلاق أي نبات في البيئة» Op‏ المختصين يجب أن يأخذوا في
الحسبان إمكانية أن يحول النبات المطلق إلى عشبة زراعية» أو يغزو الموائل
الطبيعية . أضف إلى ذلك احتمالية أن ينساب الجين من النبات المزروع إلى أقاربه من
النباتات البرية التي تقع مع النبات المزروع» في الجنس نفسه أو العائلة نفسها؛ أو
إمكانية تحول النبات ليصبح آفة نباتية . كما يتعين أن تؤخذ في الحسبان التأثيرات
المحتملة للنبات أو لمتتجات الجين في الأنواع غير المستهدفة» يما فيها الإنسان؛ ol,‏
التأثيرات المحتملة للنبات أو لمنتجات الجين في التنوع الحيوي .

وتلجأ وزارة الصحة الكندية Health Canada‏ في اختبارات تقييم الأغذية المطورة
بواسطة التقنيات الحيوية إلى الاهتمام بالعملية المستخدمة في تطوير مثل هذه الأغذية ؛
إضافة إلى مقارنة خصائصها بخصائص مثيلاتها التقليدية» ودراسة قيمتها
الغذائية» واحتمالية وجود أي مواد سامة أو ola ts‏ العناصر الغذائية Anti-nutrients‏
فيهاء واحتمالية إثارة الحساسية من أي پروتينات أدخلت إلى الغذاء . وتضمن اختبارات
التقييم هذه أن سلامة الأغذية الجديدة مساوية لسلامة مثيلاتها من الأغذية» المتوافرة
الآن في الأسواق الكندية (Anonymous, 1999c)‏ .

كيفية تنظيم التقنيات الحيوية الزراعية

ما أن عملية دمج الجين لكل من الطرف الانح والنبات العائل لا S‏ من طبيعة
النبات العائل » OP‏ ما سينتج عن الهندسة الورائية يمكن التنبؤ به والتحكم به بدقة. وكما
هو الحال في أي صنف جديد من الغذاءء p‏ المطور يجب أن يختبر بشكل Rs‏
الأمان» والنوعية» وعوامل أخرى.

إن وكالة الأغذية والأدوية FDA‏ هى المسؤولة عن الموافقة عن أمان مكونات هذه
الأطعمة الجديدة . كذلك» فإن المنتجين مطالبون بضمان أمان أي شىء يقومون بإدخاله
في الطعام ونوعيته . وفي الولايات التحدة الأمريكية؛ DL‏ وزارة الزراعة الأمريكية
USDA‏ ووكالة حماية البيئة EPA‏ هما المسؤولتان عن فرض متطلبات OLY‏ ومعايير

10

الأداء لتطوير المبيدات والأغذية المعدلة Cit‏ . وتنظم EPA‏ استخدام الكيميائيات, با
فيها المبيدات» في البيئة . ويعني ذلك أنها يجب أن ثوافق على أي اختبار حقلى لمنتجات
التقنيات الحيوية» بما تحتويه من صفات جديدة )1999 (Feldbaum,‏

التشريعات الكندية في مجال التكنولوجيا الحيوية

تعد وكالة التفتيش الغذائي الكندية الجهة المسؤولة عن تنظيم المنتجات الزراعية» بجا
فيها تلك المنتجة بواسطة التقنيات الحيوية؛ إذ يجب على الباحثين والمصنعين أن يلتزموا
بشروط السلامة العامة قبل تجربة المنتج الزراعي المحتمل خارج المختبرء أو بيعه» أو
استيراده .

وتقوم الحكومة الفدرالية بتقييم هذه المنتجات ٠»‏ لتقدير المخاطر المحتملة على البيئة
وصحة الإنسان والحيوان؛ وذلك قبل تجربتها في الحقل أو تداولها Co‏

أما المسؤولية القانونية للباحثين والمصنعين للمنتجات الزراعية» ما فيها تلك المنتجة
بواسطة التقنيات الحيوية » فتخضع إلى التشريعات والقوانين الفدرالية الآتية: قانون
الأغذية والأدوية»وقانون صحة الحيوان» وقانون المتتجات الزراعية» وقانون
الأعلاف» وقانون الأسمدة» وقانون البذور» وقانون تفتيش اللحوم» وقانون منتتجات
مكافحة bY‏ وقانون وقاية النبات . وتقوم وكالة التفتيش الغذائي بتقييم اختبارات
السلامة للأسمدة. والبذور. والنباتات » ومنتجات النباتات» والحيوانات» ولقاحات
الحيوانات وأعلافها. كذلك» تقوم وزارة الصحة الكندية بالإشراف على اختبارات
تقييم السلامة والفعالية للمنتجات الغذائية الجديدة, و الأدوية البيطرية . أما منتتجات
مكافحة الآفات» BAET‏ من وكالة تنظيم مكافحة الآفات Pest Management‏
CAnonymous, 1999a) Regulatory Agency‏ .

إدخال كائن حي محور إلى الطبيعة
قبل إدخال أي كائن إلى البيئة » يجب أن تجرى بحوث للتأكد من (Anonymous, of‏
1999a)‏ :

“41

أ. د . خليل المغربي و أ. د . غاندي أنفوقة

١‏ . الكائن آمن للإنسان والحيوان.

. الكائن لن يتحول إلى آفة في المستقبل‎ Y

۳. الكائن لن يظهر صفات جديدة خارج المختبر» من شأنها أن تؤثر في النباتات أو
الكائنات المفيدة الأخرى .

٤‏ .الصفة الجديدة لن تتتقل من النبات إلى أقاربه Related species‏ من الجنس

+ هل يأخذ ge a‏ الحكوميون في الحسبان احتمالية انتقال الجين من LS‏
مهندس oH los‏ أعشاب برية؟

تجري وكالة التفتيش الغذائي الكندية اختبارات إجبارية لتقييم سلامة البيئة بالنسبة
للنباتات ذات الصفات الجديدة, بما فيها تلك المنتجة بالتقنيات الحيوية ؛ وذلك قبل أن
تزرع هذه النباتات بشكل تجاري في كندا. والجزء المهم في كل اختبار تقييم هو تقدير ما
إذا كان بإمكان الصفة المدروسة الانتقال من النبات إلى أي نبات آخر من أقاربه . وتقيم
الوكالة التأثيرات البيئية المحتملة الناتجة عن انتقال صفة من نبات لآخر؛ وذلك بدراسة
ماهية الصفة وكيف تؤثرء وقابلية نبات جديد للتزاوج خارج النوع cy Out-cross‏
نباتات أبناء قابلة للحياة» وأهمية النبات القريب في النظام البيئي Mall‏ وغير
المدار. فعملية التقييم هذه تهدف» e]‏ إلى تزويد المعنيّين بتقييم كامل» مبني على نتائج
علمية لكل النباتات ذات الصفات الجديدة . وعليه » Op‏ النباتات التي لا تلبي متطلبات
سلامة البيئة لن يسمح بإطلاقها في كندا (Anonymous, 1999b)‏ -

الملصقات على الأغذية المهندسة 56[

تتحمّل وزارة الصحة الكندية ووكالة التفتيش الغذائي الكندية مسؤولية مشتركة من
أجل تطبيق السياسة الفدرالية الكندية لوضع ملصقات الأغذية ‘Food labeling‏
اعتمادا على قانون الأغذية والأدوية.

وتتضمّن مسؤولية وزارة الصحة الكندية وضع السياسات الخاصة بملصقات الأغذية

VAY

المتعلقة بالصحة وأمور السلامة؛ مثل: المحتوى الغذائي»ومسببات
الحساسية» والاحتياجات الغذائية الخاصة . . . إلخ . وهذا ينطبق على الأغذية CIUS‏ با
فيها تلك المنتجة بالهندسة الوراثية GÍ.‏ وكالة التفتيش الغذائي الكندية» فهي مسؤولة
عن تطوير التشريعات؛ ووضع السياسات المرتبطة بملصقات الأغذية» غير المتعلقة
بالصحة وأمور السلامة . بمعنى أدق» فإن هذه الوكالة مسؤولة عن:(١)‏ حماية
المستهلك من التحريف أو الاحتيال فيما Glan‏ بملصقات الأغذية» والتعبئة والإعلان؛
(Y)‏ فرض المتطلبات الأساسية لملصقات الأغذية والإعلان عنها؛ مثل : إعطاء قائمة
بمكونات الغذاء» وحقوق النتج» ووضع بعض المعلومات والعبارات الإجبارية . وهذا
Cal‏ ينطبق على الأغذية e cx US‏ فيهاتلكالمهندسة 5 )231( (Anonymous,‏

. 1999d)

سياسة الحكومة الكندية في شأن ملصقات الأغذية المهندسة C‏

طُوّرت مجموعة من النشرات الإرشادية» تعكس الإجماع السائد على :

١.الحاجة‏ إلى وجود ملصق إجباري c Mandatory labeling‏ إذا كان هنالك تأثير
في الصحة, أو أمور السلامة؛ مثل: وجود مسببات الحساسية» أو حدوث تغير مهم
في العناصر الغذائية أو في المكونات .

. ضرورة تأكيد أن الملصق مفهوم وصادق وغير مُضطّل‎ . Y

۳. السماح بوضع الللصقات الاختيارية » الإيجابية والسلبية» في حالة أن الادعاء
الذي تتضمنه حقيقي وغير مضلل .

ol‏ هذه المبادئ متناسقة مع سياسة الحكومة تجاه جميع الأغذية» تحت قانون الأغذية
والأدوية . وفي الحقيقة » ob‏ هنالك صعوبات عملية وزيادة في الكلفة مرتبطة بعملية
تعقب الأغذية»لمعرفة ما إذا كانت قد حضرت من محصول مهندس ورائياء أو
تحتوي في مكوناتها على أية مادة مهندسة ورائيًا (Anonymous, 1999d)‏ .

TAA

أ.د. خليل المفربي و آ. د . غاندي أنفوقة

+ إن هذا يزيد من الاهتمام بتطبيق القوانين؛ إذ كيف تستطيع الحكومة الكندية
التأكد من أن الملصق الموضوع صحيح؟

في معظم الحالات» لا توجد طريقة لتمييز المنتجات المهندسة ورائيا عن غيرها
لدى مفتش الحكومة ؛ إلا إذا جرى تعقّب الغذاء المهندس Cs‏ من حقل المزارع .

كذلك. Op‏ الاهتمام يدور حول الكثير من الأغذية المصتعةء التي قد تدخل في
مكوناتها مواد مهندسة وراثيًا . وهذا بدوره قد يجعل الملصق عدم الفائدة. لذلك»
فإن معظم الأغذية المصنعة سوف تلرّم قريبًا بوضع عبارة اقديحتوي على بعض
منتجات الهندسة الوراثية؛ على الملصق (Anonymous, 1999d)‏ .

الاعتبارات الدينية
ما زالت القيود الغذائية المبنية على المعتقدات الدينية خارج نطاق القوانين الإجبارية
الحالية التي تفرضها الحكومة الكندية . ويجري De‏ تدارسها مع المجموعات الدينية.

مقارنة إجراءات مُلصّقات الأغذية في كندا بمثيلاتها في الدول الأخرى

Cis هنالك كم كبير من الدراسات عن مُلصّقات الأغذية المهندسة‎ LC lue
عق بوضع معايير‎ Ud وهذه‎ t Codex Alimentarius c+ أعضاء‎ sol وكندا هي‎
اعترفت بها منظمة التجارة العالمية أساسًا للاتفاقيات‎ Codex دولية للأغذية . ومعايير‎
التجارية؛ ومن ثم أصبحت تلك المعايير ذات أهمية متزايدة» خاصة للدول الراغبة في‎
نشرات‎ Codex ys التجارة الدولية . ومن خلال لجنة ملصقات الأغذية التابعة لهاء‎
الكندية‎ Gl WG هيلعو‎ . إرشادية عن مُلصقات الأغذية المشتقة من التقنيات الحيوية‎
. (Anonymous, 1999d) مع قوانين تلك الدول‎ ids ونم‎ ER

148

التشريعات في الاتحاد الأوروبي

يختلف تنظيم التداول لأغذية التقنيات الحيوية في أوروبا عنه في كندا والولايات
المتحدة الأمريكية. فيكون ذلك ob‏ تطلب الشركة صاحبة النبات المحور جيني من
إحدى دول الاتحاد الأوروبي السماح بزراعة النبات وإنتاج غذاء منه. وتدرس الدولة
الطلب ؛ وعند تيقنها من أنه يفى بمتطلبات الصحة والسلامة العامة» ترسله بدورها إلى
الهيئة الأوروبية «European Commission‏ وإلى دول الاتحاد الأخرى . وتدرس دول
الاتحاد الطلب من أجل السماح بتداول النبات؛ بعد التصويت وحصوله على موافقة
أغلبية دول MAY‏

ولا تزال المعارضة شديدة في أوروبا ضد نباتات التقنيات الحيوية . فبالرغم من
الموافقة على زراعة بعض النباتات المحورة C‏ مثل الذرة الصفراء لا ُزرع في
أوروبا في الوقت الحاضر أية بذور من هذا النوع ؛ بل إن بعض الدول-مثل النمسا
ولكسمبورغ ‏ تمنع إنتاج الكائنات المحورة وراثيا من الأصل (اليماني: .)١9949‏

أ.د. خليل المغربي و أ. د. غاندي أنفوقة

التطبيقات العملية للتكنولوجيا الحيوية
في مجال حماية البيئة ش

مقدمة

تعتمد «القرية العالمية» على مكونات البيئة العامة من هواء وماء وأرض . وتتجاوز
هذه المكونات الحدود الدولية بين الدول . و يتطلب الاهتمام المتزايد بسلامة البيئة منع
إطلاق الملوثات إلى النظام البيئي» ومعالجة الملوثات الموجودة. وتقدم التكنولوجيا
الحيوية طريقة طبيعية للتعامل مع المشكلات البيئية؛ تتراوح من تعريف الأخطار
الحيوية «Biohazards‏ إلى تقنيات المعالجة الحيوية للفضلات الزراعية والصناعية
(Moo-Young et al., 1996)‏ .

وقد اتجهت الأنظار إلى استعمال الكائنات الدقيقة تقنية حيوية لإزالة الملوثات من
البيئة . وتمتاز هذه الطريقة بانخفاض LG eee dS!‏ هنالك ثلاث خطوات لإزالة
الكيميائيات الملوثة PF‏

١.القطع‏ إلى أشرطة Stripping‏ ؛ عن طريق التهوية» أو التحويل إلى معادن»
وإنتاج غاز ثاني أكسيد الكربون أو الميثان في النظم غير gal‏

. إدمصاص المعادن على شكل كتل ؛ ثم إزالتها‎ . Y

". التحويل الخيوي Biotransformation‏ بالكائنات الدقيقة .

وتجدر الإشارة إلى أنه حدث تطور في معاملة المياه الجوفية الملوثة بهيدروكربونات
البترول PHC‏ » وكذلك الكحول والكيتون والحموض العضوية. فلا حاجة OY‏
لقطعها إلى أشرطة أو ادمصاصها على الكربون؛ بل تُستخدم مفاعلات حيوية توضع
فوق سطح التربة لمعالجتها. وأكد الباحثون أهمية استخدام الكائنات الدقيقة المستوطنة
في à, y‏ المحلية Indigenous‏ في عمليات التحلل الحيوي Biodegradation‏ للأر اضي
والمياه الملوثة بالبترول؛ إذ إن إدخال بكتيريا جديدة محللة للهيدروكربون في التربة لم
يساعد في زيادة كفاءة التحلل . لكن» يتعين على هذه البكتيريا الدخحلة إلى التربة أن

تنافس الكائنات الدقيقة المحلية المستوطنة فيهاء قبل أن تتمكن من العمل في تحليل
الهيدروكربون Bl‏ عن تلوث التربة والماء بالبترول . لذلك» قد يكون من المفيد تعرّف
الكائنات الدقيقة المحلية الموجودة أصلاً في التربة» والاستفادة منها في تحليل ملوثات
EXT‏

N الهندسة الورائية في زيادة‎ CHERRY
Aoi تحلل‎ SAS التي حصل عليها من نهر الراين»‎ Pseudomonas putida B13
لكن ؛ بالانتخاب الوراثى» تمكن المختصون من جعلها‎ ¢3-Chlorobenzoate مادة‎
í .4-Chlorobenzoate تحلل مادة‎

كما وجد أن بعض الكائنات الموجودة في التربة يكن أن AE‏ بعض المبيدات بإفراز
«yl‏ يؤدي إلى تحلل هذه المركبات e.‏ يمكن للبكتيريا Flavobacterium spp.‏ أن
Hê‏ مبيد الباراثيون الحشري عن طريق إفرازها |5 « eUS . Parathion hydrolase‏
يكن تحليل ملوثات الصرف الصحي حيويًا بواسطة بكتيريا dai, Pseudomonas‏
هذه الطريقة من أفضل الطرق التي يمكن استخدامها لحماية البيئة من التلوث؛ إضافة
إلى قلة كلفتها (عبد العال. (ARAY‏

ويتزايد Sac el‏ تقنية إزالة الملوثات من الهواء والماء والتربة على العمليات
kaye‏ كلها ممت allie‏ لأداء Lage‏ معينة» أصبحت ذات أهمية
أكبر؛ بحيث أصبحنا نفهم كيف تؤدي وظائفها. وتعتمد كفاءة الميكروبات في تحليل
الملوثات على طاقتها القصوى في اكتساب الجينات الضرورية وإعادة ترتيبها؛ ومن ثم
تعبيرها )1996 (Wyndham et al.,‏ .

وبشكل عامء يكن إجمال التطبيقات العملية للتكنولوجيا الحيوية في مجال البيئة
بخمسة موضوعات» هي :

١‏ . عمليات المعالجة الخيوية والتحلل الحيوي

.Wastewater biotreatment المعالحة الحيوية للمياه العادمة‎ . Y

. لإنتاج الطاقة‎ Recycling GLU تدوير‎ Y

أ. د. خليل المغربي و آ. د . غاندي أنفوقة
٤‏ . المراقبة الحيوية والاستشعار الخيوي Biosensing‏ .
ه . التشريعات المنظمة للتكنولوجيا الحيوية.

أوّلا: المعالجة الحيوية والتحليل الحيوي

[(Parsek et al., 1996) التحليل الميكروبي للكيميائيّات السامة [عن‎ ١

أدى التطور في الزراعة والصناعة إلى إنتاج كميات كبيرة من المركبات الكلورينية
الصناعية والطبيعية » وإطلاق مثل هذه المركبات إلى البيئة . ومع أن إنتاج مثل هذه
المركبات واستخدامها قد تقلص »فما زالت مركبات جديدة تصنع لاستخدامها في
مبيدات الأعشاب والحشرات,. والمذيبات» ومواد التبريد» ومواد إطفاء
GHA‏ ومزيلات الشحوم» وغيرها. وتمتاز هذه المواد بالثبات العالي في البيئة وعدم
قابليتها للتحلل ؛ بسبب عدم وجود كائنات دقيقة تحتوي على إنزيمات قادرة على تحليل
مثل هذه المركبات تحليلاً SUIS‏ . وعليه» Op‏ بقاء مثل OLS Mode‏ في البيئة فترة طويلة
هو انعكاس لتحللها البطيء بواسطة الكائنات الدقيقة .

على أية حال» db‏ بعض الميكروبات قد طورت جينات تشفر AE BY‏ محللة للكثير
من المواد العالية الشبات ؛ بحيث يُستخلص التفاعل المركبات الأكثر قابلية لاستخلاصها
بواسطة الميكروبات . وعليه » فإن بعض المركبات الكلورينية والنيتروجينية أصبحت قابلة

لكن ‏ للأسف - فإنه بالاعتماد على الصفات التركيبية والفيزيائية للمركبات تبدؤ
عملية التحلل استنادا إلى التطور عملية بطيئة؛ خخاصة في المركبات الكلورينية . وبناء
على ذلك» OD‏ موضوع دراسة عملية تطور الجينات المحللة للمركيات المستعصية
وفهمها سوف يكون مفيدا لتصميم كيميائيات المستقبل » التي سوف تكون سريعة
التحلل Sot!‏

AY‏ بكتيريا تثبت ثاني أكسيد الكربون؛ وتقوم بعملية التمثيل الغذائي للمركبات

(Imanaki and Morikawa, 1996) الهيدروكريوئية الأليفاتية والأروماتية‎

yey

ad‏ علماء يابانيون في عزل بكتيريا «Pseudomonas sp. HD-1‏ خلطية التغذية
c Mixotrophic‏ سالبة الغرام» لاهوائية اختيارية . وهذه البكتيريا قادرة على التمثيل
الغذائي للمركبات الأليفاتية والأروماتية . كذلك» Op‏ هذه البكتيريا قادرة على تثبيت
ثاني decret‏ الكربون» وإنتساج ن-ألكان (n-alkane = Cjo to C59)‏ بغياب

الزيت . ونتيجة لذلك» فإن الفوائد الممكن الحصول عليها من هذه البكتيريا على صعيد

المعالجة الحيوية هى :
أ. التخلص من مشكلات الزيوت كملوثات؛ وذلك عن طريق التحلل اللاهوائي
للهيدروكربونات.

ب . التقليل من مشكلة «البيت الزجاجي» are‏ ا

ج . الإنتاج الميكروبي للزيوت.

؟- استخدام بكتيريا Streptomyces‏ في المعالجة الحيوية لمبيدات الآفات ومبيدات
الحشرات )1996 (Pogell,‏

تعد كرا 65 مجموعة موجبة الغرام ذات تنوع شديد. as‏ هذه
البكتيريا عددا من الكيميائيّات المهمة؛ مثل: المضادات الحيوية» ومضادات
الأورام» ومثبطات إنزيمات معينة . وقد نجح العلماء في إثبات قدرة هذه البكتيريا على
تحليل مركبات زينوبيوتية Xenobiotics‏ متعددة . وترجع قدرة هذه البكتيريا على
انتخاب مثل هذه السلالة الجديدة إلى قدرتها على القيام بظاهرة غير عادية» تتمثل في
عمليات إعادة ترتيب كروموسوم نشط وحذفه وتضخيمه . ومن المحتمل استخدامها في
المستقبل من أجل المعاللجة الحيوية البيئية لمبيدات الآفات والأعشاب» لما تتحلى به من
ممیزات ؟ منها:

أ. نشاط أيضي ثانوي dle‏ ضد مدى واسع من الزينوبيوتات .

ب . طبيعة نمو الغزل الفطري العدوانية» التي تجعله يخترق التربة بسرعة le‏ ومن
م فهو يقل من الحاججة إلى خلط الفظر بالترية:

ج . قدرتها على الدمو بشكل أسرع في البيئات شبه الاختيارية» وبناء كتلة حيوية
بسرعة» وتحليل مبيدات الآفات والأعشاب بسرعة Adis‏
د . قابلية التلاعب بجيناتهاء من أجل أقلمتها مع بيئات جديدة أو ملوثات جديدة.

Lt‏ بالازميدات مقاومة للمعادن الثقيلة؛ واستخدامها في المعالجة الحيوية
(Endo et al., 1996)‏

gl:‏ نظام البلازميدات البكتيري المناعة للكثير من المعادن السامة old‏ الاهتمام
البيئي . فلسنوات عدة› عرفت جينات بكتيرية قادرة على مقاومة معادن ثقيلة سامة؛
مثل :

Ag+, A8047, AsO,,Cd?+, Co?*,Cr 04? ,Cu?*, Hg?* Ni?*, Sb?*, 102“ , Zn?*.
ضد المضادات الحيوية» فإن أنشطة الإنسان قد خلقت ظروف‎ za s Lal وكماهي‎
انتخاب سريعة ضد المعادن الثقيلة . فوجد أن البكتيريا المضادة للزئبق لها القدرة على‎
أحادي الذرة. وتتشابه أنظمة المقاومة ضد الزئبق‎ Hg إحداث تسامي الزئبق بصورة‎
في كل البكتيريا التي درست ؛ في حين أن أنظمة المقاومة ضد الزرنيخ والكادميوم‎ GLE
ALE كانت متشابهة بعض الشىء» وليس‎

و تعتمد آلية مقاومة المعادن الثقيلة على :

أ. ضخ متدفق للعناصر السامة من الخلية البكتيرية إلى الخارج .

ب . التراكم الحيوي بصورة مركب غير متاح فسيولوجيا .

ج . تفاعل أكسدة ‏ اختزال؛ حيث إن ا مركب عالى السمية يتحول إلى مركب أقل
سمية . ويقدم هذا النوع من التفاعلات معظم الأنظمة الواعدة في عملية المعالجة الحيوية
للعناصر السامة الثقيلة . أما عملية الضخ المتدفق» Ob‏ آليّتها تبدو واعدة أكثر من غيرها
من ناحية الاستخدام العملي. كما أن هنالك احتمالية oly‏ غشاء خلوي بنفاذية عالية
ضد المعادن الثقيلة .

وأما عملية التراكم الحيوي للكادميوم والنحاس والزنك» فيمكن أيضا استخدامها
بشكل عملي . فإحدى سلالات Citrobacter‏ لها قدرة على الركم الحيوي للكادميوم

Y*0

العضوي . وحين تتغذى الخلية على عوائل فوسفات عضوية:. Ua MOL‏ غير
٠ 5 v p ” 4 ٠‏ لعا *
العضوي يتحرر ويطلق على سطح الخلية. وعليه» فإن أي كاتيون كادميوم سوف

2-المعالجةالحيوية للترية الملوثة بالزيت في الكويت (El-Nawawy et‏
(al.,1996‏

خلال أزمة الخليج في أوائل التسعينيّات من القرن العشرين » تعرضت الكويت
لمشكلات بيئية ناجمة عن حرائق اليترول. فكونت الزيوت حوالي ٠١‏ بركة» غطت
مايقارب 55 كيلومترا مربعا . وتراوحت BUS‏ التلويث البترولي في بحيرات الزيوت
من تلويث بترولي due‏ للتربة (> /٠١‏ بترول) إلى تلويث پترولي متوسط وخفيف
للتربة )> CIs x ٠١‏ وبالنسبة للنوع الأخير من Of ceo gli‏ عملية زراعة الأراضي
قد تبدو الأكثر فاعلية في تنظيف التربة المتلوثة بالبترول.

فمنذ عام Y AAT‏ » أجرى معهد الكويت للبحوث العلمية دراسات عدة على زراعة
الأراضي الموحلة بالبترول في الكويت؛ مثل : التحليل الحيوي Jo‏ بشكل أمثل في
التربة» ومو النباتات وامتصاص مقومات هذه الأوحال؛ وإدارة زراعة الأراضي
اليتزولية , وقد تحقئقت الاستفادة من الخبرة التي اكتسبت من هذه الدراسات في أمور؛
مثل : خصائص التربة» وخصائص الوحل» والرطوبة النسبية» والتباين في درجة
الحرارة» وتعديلها لتسهم في المعاللحة الحيوية للتلوث البترولي في تربة الكويت .

فعند تجربة زراعة أراض بسيطة» بإضافة أسمدة غير عضوية 71216 إلى التربة المتلوثة
ومن ثم قلب التربة وريها كل أسبوع» ظهرت معدلات متزايدة من التحلل € لكن هذه
المعدلات وصلت إلى أعلى مستوى لها بعد ١١‏ شهرا من المعالجة الحيوية . وفي التربة
الخفيفة التلوث A‏ بترول في التربة) والعالية التلوث LA)‏ بترول في التربة)ء OP‏ نسبة
التحلل الحيوي لم تزد على od 059 AY‏ على التوالي . وهذا يؤكد مدى الحاجة إلى
اكتشاف طرق التحفيز الممكنة لعملية زراعة الأراضي . هذا التحفيز يجب أن يتناول

آ. د. خليل المغربي و أ. د. غاندي أنفوقة
الخصائص الرئيسية الدقيقة للتلوث . Mee‏ كانت التربة الملوثة بالزيوت قد تعرضت
لظروف جوية مناخية لمدة تزيد على سنة من بدء تجربة المعالجة الحيوية . وهذا يعني أن
التربة أصبحت فوق مشبعة بالترول؛ ما أدى إلى تدمير الأنشطة الميكروبية الهوائية .

(Auria et al., المعحاملة الحيوية للمخلفات السائلة والصلبة والغازية‎ ٦
| 1996)

يعمل علماء فرنسيون ومكسيكيون منذ ٠١‏ سنة على دراسة أنظمة تخمير السوائل
والمواد الصلبة والغازات؛ في محاولة منهم لفهم الاحتمالات والمعوقات للمعالجة
البيئية . ومن النتائج التي ذكرت ما يأتي :

| وضع غموذج شامل عن نط نمو الغزل الفطري والأنشطة الأيضية ؛ وذلك بناء على
دلائل حصل عليها بتحليل الصورة ضمن المستوى المجهري» ودراسات حسابات قياس
الغاز» وحسابات قياس الحرارة .

ب . وضع استراتيجية جديدة لأنظمة تخمير الغازات والسوائل والمواد الصلبة . وقد
طُوّرت هذه الاستراتيجية بناء على المحافظة على الحرارة ومكونات الماء لمعجون
Space|‏

ج . دراسة معوقات أنشطة الكتلة الحيوية .

د. إنجاز عمل أساسي» يتمثل في الميكانيكية الأحيائية الدقيقة والكيميائية الحبوية
تكون الجسيمات والأفلام في الهاضمات اللاهوائية .

ه. وضع استراتيجيات جديدة لإنتاج سلالات جرئومية مطفرة متأقلمة ؛ خصوصا
مع أنظمة تخمير المواد الصلبة وانتخابها.

ومن الأمثلة على التطبيقات المحتملة لهذه الدراسات, نذكر ما يأتي :

أ.استخدام Aspergillus niger Ja‏ مربى على لب القهرة» لخفض مستوى
الكافيين» وإنتاج إنزيمات البكتينيز» وتوليد مخلفات صلبة ذات أنشطة حيوية أولية في
المعدة الأولى للمجترات .

ب . استخدام أجهزة حيوية لغسل cool UE‏ لإزالة أية مركبات كبريت كريهة منبعثة
من مصانع السيلوفان إلى الهواء .

ج.إزالة المركبات الكيميائية في عملية معالجة الميأه الصناعية العادمة؛ باستخدام
folie‏ لاهوائي .

د. استخدام عملية الكومبوست» co‏ مركبات محفزة .Phytostimulants CU‏

Cots‏ المعالجة الحيوية للمياه العادمة

١-المعالجة‏ الحيوية للمياه العادمة باستخدام مفاعلات أفلام ثابتة مغمورة
وة )1996 (Hamoda,‏

في السنوات الأخيرة Rabid gla T MT‏ رط ق dashed oll TELL‏
وتظهر الطرق الحيوية المهواة باعتبارها من الطرق الناجحة في معالجة المياه العادمة؛
وذلك لإزالة المواد العضوية القابلة للتحلل حيويًا والعناصر الغذائية» كالنيتروجين
والفوسفور. ويمكن تقسيم الطرق الحيوية» بناء على التطور الجرثومي» إلى طرق غو
معلقة ومربوطة (فيلم ثابت أو فيلم حيوي) . وتدميز طرق الفيلم الثابت على الطرق
المعلقة ببعض المميزات؛ مثل : الإدارة الشابتة» وحبس الكتلة الحيوية الصلبة لفترة
طويلة » والحماية الأفضل ضد المواد السامة. وهذه المميزات تنتج عنها كفاءة معالجة
أفضل من غيرها . إضافة إلى ما سبق» OB‏ بعض مفاعلات نظم الأفلام الثابتة تكون
ذات حجم أقل من تلك المعلقة .

تستخدم عمليات الأفلام الثابتة وّسط دعم خاملاً لنمو الكتلة الحيوية المربوطة . وهذا
الوسط قد يكون GU‏ أو دوارا؛ مغمورا بشكل كلي أو جزئي في مياه المجاري . وفكرة
الفيلم الثابت قديمة بعض الشيء € فقد كانت تستخدم في مرشحات التنقيط لياه
المجاري منذ ١1٠١‏ . وخلال العقدين الماضيين» طُوَّر هذا الجهاز (الفيلم الشابت)»
بحيث ظهرت بضعة أنظمة تجارية منه ؛ مثل :

. Biological rotating contractor (BRC) ي الدوار‎ pes ee

؟-المرشح Aerated biofilter (c gll d stl‏ .
Y‏ المفاعل ذو الحوض الهوائي الو Aerobic expanded bed (AEB) reactor c‏ .
وهنالك عاملان ساعدا في اختزال حجم «de ll‏ مقارنة بمثيله في النظام GA‏
النمو؛ هما:
أ. وسط الدعم العالي .

ب . نسبة السطح إلى الحجم لهذا المفاعل .

وهناك بعض أوجه التطوير في نظم الكتلة الحيوية العالية» توظف AS‏ من الأفلام
الثابتة والمعلقة بحرية لتطوير أنظمة ALLL‏ المجاري . وقد أصبحت أنظمة الكتلة الحيوية
العالية ذات شعبية في معا جة مياه المجاري . ويتمثل أحد جوانب التطوير الحالية لأنظمة
الكتلة الحيوية العالية في استخدام بيئة خاملة لدعم نمو الكتلة الحيوية الثابتة
الفيلم . وأحد هذه الأنظمة هو مفاعل أفلام ثابتة مغمورة Aerated submerged al yg‏
fixed-film (ASFF)‏ . وهو نظام متعدد المراحل» ينمو فيه الفيلم الحيوي على طبق
سيراميك col‏ ومغمور بشكل IS‏ في مياه المجاري» ويبقى هناك تحت تهوية
Qc‏

(Korzhenevich ef al., 1996) المعالجة الحرثومية للفضلات الفينولية‎ Y

يعد الكثير من المركبات الأروماتية (الفينولات ومشتقاتها) من المواد الخام والمننجات
الأساسية للصناعات الكيميائية . والنتيجة أن هذه المركبات أصبحت من مكونات المياه
العادمة .

وقد أذ التلوث البيئي بالفينول يتزايد باستمرار في منطقة القولغا بروسياء نتيجة
esta‏ المخلفات الخطرة غير المعالجة من مصانع الكيميائيات. إضافة إلى op AUS‏
معالجة الرواسب الزيتية بالتحليل الحراري Pyrolysis‏ نتج عنها تكون مخلفات فينولية
لوت البيئة في منطقة ساراتوف . وفي الوقت نفسه. فإن عمليات التنظيف الذاتي البيئية

۷۹

كانت LS‏ بإضافة تراكيز كبيرة ولمدة طويلة من الملوثات إلى الماء والتربة .

ولسوء bl‏ فإن كل الطرق الحيوية ALLL‏ المياه العادمة كانت غير كافية من ناحية
كمية . وكانت Cal‏ ذات كفاءة منخفضة» بسبب سمية مكونات المخلفات ومقاومتها؛
وكذلك» بسبب انخفاض التحليل من طرف الكائنات الدقيقة النشطة .

لقد أصبح من المعلوم الآن أن استخدام كائنات دقيقة معيئة» قادرة على تحليل عدد
كبير من المخلفات »يعد من أكثر الطرق فعالية في معالجة المياه العادمة. من ناحية
Ses el‏ أصبح من المعلوم OT Cad‏ الخلايا البكتيرية في حالتها غير المتحركة تستطيع
تنقية المياه العادمة بالكفاءة نفسها مثل الخلايا Ob cade. iA‏ استخدام التقنيات
à pedl‏ في معاحة المياه العادمة في القولغا سوف يكن من خفض المركبات الأروماتية

ثالثا: تدوير النفايات لإنتاج الطاقة (عبد الجواد۹۹۷٠)‏

استطاعت بعض الدول ‏ مثل الهند والصين ‏ تطوير الغاز الحيوي وإنتاجه بطريقة
اقتصادية فاقت مثيلاتها في الدول الأخرى t‏ حتى أصبح إنتاج الغاز الحيوي في القرى
الزراعية GAL‏ لكل فلاح . والغاز الحيوي ينتج Cab‏ من عملية تحلل لاهوائي طبيعي
تحدث في حقول الأرز » حيث يتكون الميثان ؛ أو تحدث نتيجة قيام البكتيريا الموجودة في
أمعاء الحيوانات المجترة تحت ظروف لاهوائية بإنتاج هذا SLI‏ . كما يكن أن تحدث تلك
العملية عند تخزين القمامة لاهوائيا؛ وتحت هذه الظروف» يمكن للكائنات أن SF‏
حوالى ٩١‏ /من الطاقة إلى غاز OU.‏ .

+ المرحلة الأولى: تقوم مجموعة كبيرة من الكائنات الدقيقة بتحليل مكونات
النفاية floes 9} «Cr yl‏ بعض المكونات» ويصبح ble‏ لتغذية مجموعة أخرى من
الكائنات الدقيقة .

vi

أ.د. خليل المغريي و أ. د. غاندي أنفوقة

» المرحلة الثانية: نتيجة لعمليات الانحلال الإنزيمي والتحلل المائي» يتحول
بعض المكونات إلى حموض عضوية ؛ أهمها حمض الخليك» الذي يشجع مو البكتيريا
المنشجة لغاز الميثان .

# المرحلة الثالثة: تقوم البكتيريا بتحويل حمض الخليك مباشرة إلى ميثان وثاني
أكسيد الكربون؛ أو تختزل ثاني أكسيد الكربون إلى ميثان» مستخدمة هيدر وجينًا
Ge‏ بواسطة بعض أنواع البكتيريا الأخرى . وتكون النتيجة تحول ما نسبته ٠١‏ / من
الطاقة إلى خلايا حية . وعادة يتحول ما نسبته فقط * JO - Y‏ من الطاقة الموجودة فى
النفايات الحيوانية (روث المواشي) أو القمامة إلى ميثان . وينتج عادة فل oup‏
لكل لتر من المواد المهضومة . وفي بعض النفايات» o‏ للبكتيريا أن تحول V*‏ ^ من
الطاقة الموجودة في النفاية إلى ميثان . والطريف أن التترات والأمونيا والفوسفات وبقايا
أجسام البكتيريا تبقى في الناتج النهائي بعد إنتاج الغاز الحيوي. ويستخدم هذا LI‏
سمادا سائلاً عالي القيمة الغذائية . ونجحت التجارب في إعادة استخدامه مرة أخرى
Cile‏ للحيوانات» بعد إضافة بعض نفايات المزارع العضوية إليه .

وقد لوحظ أن هذه البيئة لا يقترب منها الذباب المنزلي . وعلى ذلك فان إنتاج الغاز
الحيوي من النفايات الزراعية يحقق أربعة أغراض » هي :

أ. حماية البيئة من الذباب؛ S]‏ يعيش الذباب المنزلي في هذه البيئات . وهذا يعني
إعفاء المواطن العربي من الإصابة ب Co pe EY‏ تنقلها إليه الذبابة» وتكلف الدول علاجا
يفوق المليار دولار.

ب . تدوير النفاية» واستغلال كل ما فيها من طاقة» وتحويلها إلى طاقة نظيفة .

ج . الحصول على سماد سائل ذي قيمة غذائية عالية .

د. القضاء على الأمراض والحشرات وبذور الحشائش التي توجد في بقايا
المحاصيل » وتنتقل من مكان إلى آخر عند تسميد الأرض بالأسمدة العضوية العادية.

وقد جحت التقنيات الحديثة في استعمال الغاز الحيوي في الإنارة ؛ والطبخ» وإدارة
المعدات الميكانيكية» وإدارة مضخات رفع المياه من الأرض .

vi)

ويتكون الغاز الحيوي من خليط من غاز الميثان )06 * CAV‏ وثاني أكسيد
الكربون» وكبريتيد الهيدروجين » وهيدروجين» ونيتروجين . وهو أخف من الهواء؛
وله طاقة حرارية تصل إلى 0017 كيلو كالوري للمثر المكعب .

وحتى تحدث عملية التخمر اللاهوائي بطريقة جيدة» يجب أن تتراوح نسبة الكربون
إلى النيتروجين في البيئة المراد تخمرها وتحويلها إلى غاز حيوي بين ٠:)١١ -۲٠١(‏ .
كما يجب أن تدرس العلاقة مع الزمن بين دخول المادة الخام والمواد المتتجة» لضمان
حسن سير العملية بانتظام ؛ ]3 تنهض عوامل كثيرة» مثل الحرارة ودرجة الحموضة
ومحتوى النفاية» بدور مهم في عملية التخمر اللاهوائي . والبكتيريا المحللة للنفايات
حساسة لدرجة الحموضة » وأفضل درجة حموضة لها هي من , ۷ إلى ۷,۲؛ في حين
يقف إنتاج الميثان عند درجة حموضة 1,7 . Wy‏ درجة الحموضة I, Y‏ سامة للبكتيريا

المنتجة للميثان.
وهنالك تصاميم عدّة لوحدات إنتاج الغاز الحيوي» التي يجب أن يتوافر في مكانها
ما يأتى :

أ. أن لا تزيد المسافة بين الوحدة وموقع استهلاك الغاز على ۷١‏ مترا .

ب . أن تكون الوحدة قريبة من مصدر النفايات» ليسهل تزويد الوحدة بها . ويفضل
أن تكون قريبة من الوحدات السكنية » لصرف مياه المجاري إليها .

ج . أن يكون المكان بعيدا عن مصدر مياه الشرب By‏ الجهة الجنوبية من الكتلة

السكنية .
وتتكون كل وحدة من وحدات إنتاج الغاز الحيوي من أربعة أجزاء رئيسية» هي :
أ. حجرة التخمير أو الهضم .
ب . حجرة تجميع الغاز.

د. حوض تجميع المخلفات المهضومة .

¥1۲

أ.د. خليل المغربي و .5 غاندي أنفوقة

وهنالك الكثير من الأشكال لوحدات إنتاج الغاز الحيوي في العالم ؛ نذكر منها:

١-الوحدة‏ الهندية

هي حجرة دائرية بعمق ۳ أمتار أو أكثر ؛ قاعدتها عادة من الإسمنت لمنع وصول الماء
الأرضي إلى المخمّر . ويوجد حائط نصفي في وسط المخمر يقسم الحجرة إلى نصفين ؛
بحيث يتصل أحد النصفين بحوض الدخولء والنصف الآخر بحوض
الخروج . وتتصل الحجرة بحوض إدخال المخلفات عن طريق ماسورة قطرها I‏ بوصات
Cae)‏ أن تكون من البلاستيك) . ويجب أن لا يرتفع البناء عن سطح الأرض . وعادة
تكسى جميع مواد البناء والأرضية بمادة عازلة تمنع تسرب الغازات والمياه. وتضاف المادة
المراد تخميرها من خلال فتحة الدخول؛ بحيث تصل إلى المخمر عبر الماسورة. ويجب
أن يكون مستوى قاعدة حوض الدخول أعلى من سطح المخمر .

-Y‏ الوحدة الصينية

هي حفرة دائرية بعمق Y‏ أمتار فأكثر ؛ قاعدتها المقعرة من الإسمنت لمنع رشح
oll‏ . وتلق الفتحة العليا للمخمر بغطاء خرساني قطره 0٠‏ سمء ويزود المخمر بحوض
لدخول المخلفات وآخر لخروج السماد . وتُغطى الوحدة كاملة من الداخل بمادة عازلة
تمنع حروج الغازات أو تسرب المياه. ويزود القبو من أعلى بماسورة للحصول على
الغاز. ويجب أن تكون الوحدة تحت سطح الأرض بحوالي متر واحد؛ ويردم فوق
الوحدة طين ee‏ دائمًا با ماء . وتزود الوحدة ببادثة إذا CARS‏ أوّل مرة.

* الوحدة المصرية

صّمّمت هذه الوحدة لتتواءم مع الظروف المصرية. وهي ممائلة للوحدة الهندية»
فيما عدا تزويدها بحوض سعته 0 أمتار مكعبة» لتخمير المخلفات النباتية لمدة تتراوح
من شهر إلى شهرين » لمُستخلص منها ا لحموض العضوية وتلقى في المخمر؛ في حين
تُستخدم النفايات النباتية سمادا بصورة مباشرة .

وتمتاز الأسمدة السائلة أوالجافة الناتجة عن وحدات الغاز الحيوي »علاوة على

vir

ot‏ السابقة» بإمكانية توزيعها سائلة على الأراضي وارتفاع محتواها من
النيتروجين .

توجد كميات كبيرة من المخلفات الزراعية في الوطن العربي» تتراكم في البيئة
بسبب عدم التخلص منها؛ مؤدية إلى تلوثها. وتعد هذه المخلفات من الموارد المتجددة
التي يمكن أن تكون لها قيمة Blas‏ إذا جرت معالجتها بالطرق الصحيحة» وتحويلها
إلى منتجات يكن استخدامها من دون تلويث البيئة . والمخلفات Apel‏ كالقش
والحطب ومخلفات النباتات وبقايا عصر الزيوت» يتكون أغلبها من السيليولوز
والهيميسيليولوز واللغنين؛ وهذه المركبات عضوية صعبة التحلل . لذلك. يلجأ إلى
استعمال الكائنات الدقيقة للاستفادة منها في الحصول على أعلاف للحيوانات » وإنتاج
سكريات للصناعات التخميرية» وأيضا إنتاج بروتين أحادي الخلية وإنزيمات وقيتامينات
وحموض عضوية وخميرة الخبز» وإنتاج مصادر جديدة للطاقة مثل الغاز الحيوي
COLL)‏ (عبد العالء ۱۹۹۷). HUIS‏ يكن الإفادة من المخلفات الحيوانية الناتجة عن
مزارع الدواجن والمجازر والثروة السمكية )1995 (El-Nawawy and El-Kattan,‏ .

رابعًا: المراقبة الحيوية Biomonitoring‏ والاستشعارالحيوي
Biosensing‏

١‏ المراقبة الحيوية للمبيدات الحشرية وغيرها من الملوثات ذات المستويات
ا منخفض ة في لمياهالعنذية باستخدام الفوتوتروفات Phototrophs‏
(Whitton et al.,1996)‏

تنزايد طرق المراقبة الحيوية للتلوث المائي . وبالرغم من اختبار عدد كبير من
الطرق» Of‏ بعضها فقط cod‏ واعتمد ene‏ للاستخدام في عدد كبير من الدول . فعلى
سبيل JUL‏ » تستخدم الطحالب بشكل واسع لمراقبة نوعية مياه الأمطار في أوروبا؛ إلا
أن كل دولة» بل حتى كل منطقة في الدولة الواحدة» تستخدم Ó pb‏ مختلفة .

LULA,‏ بين المراقبة الحيوية والكيميائية أفضل استراتيجية لتقييم مدى التلوث

vié

أ. د. خليل المفريي وأ د. guile‏ أنفوقة
البيئي ؛ إلا أن هنالك بعض الحالات التي تتفوق فيها المراقبة الحيوية . والأمثلة تشمل
أنهارا كبيرة كالراين؟ حيث المئات من المواد الكيميائية المرتبطة بأنشطة الإنسان. ونجد
أماكن تتلوث بشكل متقطع ؛ وأخرى فيها OU o‏ شديدة السمية» لكن بتراكيز قليلة .

ويبين الحدول (5) الطرق التي تستخام بها الفوتوتروفات لتقييم نوعية
المياه . وبالرغم من اشتراك الطرق الفسيولوجية والكيميائية الحيوية مع دراسات التسمم
البيئي الروتينية اليومية. O‏ الفوتوتروفات ما زالت تستخدم بشكل أقل من
الحيوانات . وما زالت الطرق المعيارية المستخدمة للفوتوتروفات بحاجة إلى تطوير كبير.

وتشمل طرق تقييم cul ll‏ عند مستويات التلوث المنخفضة:. عملية تحليل
e‏ وجرا هاب منية على qj‏ رالاستجاةالكيياية e‏
والفسيولوجية.

إن وجود أثر لامتلاك جماعة أو مجتمع لتحمل جيني» OU gil‏ أكثر من أخرى
موجودة في مكان معروف بخلوه من الملوثات لهو دليل قاطع على وجود تأثيرات
لهذه الملوثات . ويعد التحمّل الجيني مفيدا في مناطق يعتقد أنها مصادر متقطعة»
وليست دائمة» للتلوث [الجدول [CO‏

Yio

الجدول )2( الطرق الحيوية لمراقبة نوعية المياه باستخدام الفوتوتروفات.

: Individual species الطرق المبنية على الأنواع الفردية‎ ١

أ تراكم الملوثات في الأنسجة.

ب وجود نوع معين أو be‏

ج ۔ التحمل Gu‏ للملوثات.

د الطرق الفيزيائية الحيوية والكيميائية الحيوية c‏ بما فيها الاستشعار الحيوي .
ه الطرق الشكلية الخارجية والخلوية .

Y‏ الطرق المبنية على المجتمعات:

أ الكتلة الحيوية Biomass‏ .

ب مؤشرات التنوع .

ج الطرق الخاصة بدراسة نباتات منطقة ما (Flora‏ والمبنية على التكامل في
المعلومات للأنواع المكونة للمنطقة ؛ أو مقارنتها بمنطقة نظيفة .

*.التجارب الحيوية:؛ وطرق التسمم البيئي Bioassays & ecotoxicological‏
5 البنية على النوع أوالمجتمع.

Whitton and Kelly, 1995( عن‎

VY

أ. د. خليل المغربي و أ. د. غاندي أنفوقة
الجدول )3( : اتتحمل الجيني في بعض الطحالب للملوثات.
الملوث
Zn (0.2 mg/L) Klebsormidiu (=Hormidium)‏
طحالب يلانكتونية Planktonic Algae‏ | الكثير من المعادن

Atrazine أترازين‎ Stream Algae طحالب التيارات‎

Terbutryn بيوترين‎ 3 Vaucheria dichotoma

وقد وجد أن هنالك مواد عدة» كالعناصر الثقيلة والمبيدات» تتزاكم داخل أنسجة
النبات بتراكيز أعلى منها في البيئة المحيطة . لذلك» يلجأ إلى استخدام الطحالب»
والبريوفايت Bryophytes‏ والنباتات الراقية» لمراقبة الملوثات الموجودة بتراكيز
منخفضة في الماء؟ Co past‏ المبيدات .

؟ تحديد المركبات الأروماتية باستخدام الاستشعار الحيوي الجرثومي

(Ignatov and Kozel, 1996) Microbial Biosensing

تستخدم المركبات الأروماتية بكثرة في مصانع إنتاج الأدوية» والمبيدات»
والدهانات» وغيرها. وتخرج المياه العادمة من هذه المصانع إلى الأنهار؛ ما يجعل
تطوير طريقة سريعة لتحديد المركبات الأروماتية Col‏ في غاية الأهمية. ويعطي العلماء
الاستشعار الحيوي أهمية كبيرة لاستخدامه في حماية البيئة . وقد طور عدد من
المستشعرات الحيوية لعدد من المركبات الأروماتية» كما هو موضح في الجدول (۷).

VAY

الجدول (V)‏ : المستشعرات الحيوية لعدد من المركبات الأروماتية.

Substrate Biocatalyst | Sensor |
Phenol Polyphenol-oxidase Oxygen Electrode

Phenol Pseudomonas cepacia Oxygen Electrode
Sodium Salicilate ATCC 29351

O-Chlorophenol Microbial cells Oxygen Electrode

Biphenyl Microbial cells Oxygen Electrode

Dibenzofuran

Dibenzothiophene .

Benzene Pseudomonas putida ML2 | Oxygen Electrode
(NCIB 12190)

Pseudomonas putida GFS-8 | Oxygen Electrode

خاتمة

بعد هذا الاستعراض e‏ هل من الممكن التكهن Ob‏ العلم سينجح في إيجاد الحلول
المناسبة للمشكلات الزراعية والبيئية ؟ الجواب: نعم؛ فالطريق مفتوحة نحو إجراء
بحوث جديدة فى مجال الهندسة الوراثية والتكنولوجيا الحيوية old‏ أبعاد اقتصادية
على Aga di LN‏ ولهذاء قد of‏ الأوات للاستعانة بالمختصين في هذا المجال بشكل
أمثل . ولا بد من تضافر جهود العلماء والمؤسسات الحكومية والشركات الخاصة من
أجل تحقيق الهدف المنشود.

VAYA

أ. د . خليل المغربي و أ. د. غاندي أنفوقة

المراجع

. أحمدغبد الجواد MAV‏ . تكنولوجيا تدويرالنغايات . الدار العربية للنشر والتوزيع القاهرة e‏

مصر. ص ٦۲۹۔۲۱۹‏ .

: أحمد مستجير VARA c‏ : البيوتكنولوجيا في الطب Lely My‏ المكتبة Rol SV‏ القاهرةء

. ١75 عدد الصفحات‎ . paa

إدوارد يوكسين » تر جمة أحمد مستجير A0 e‏ . صناعة الحياة : من يتحكم في البيوتكنولوجيا؟

دار غريب للطباعة c8 AU‏ مصر . عدد الصفحات ۲۵۷ s‏

. أمين شمس الدين ٠۹۹۹۰‏ . الهندسة الوراثية : هندسة الجينات (المورثات) إلى أين؟! مجلة

المهندس الزراعي oe tY : ٠٠‏ الأردن.

. الجمعية الطبية البريطائية» ترجمة مصطفى إبراهيم فهمي»› 1440 . مستقيلنا الورائي (علم

التكنولوجيا الورائية وأخخلاقياته) . المكتبة الأكاديية » القاهرة» مصر . عدد الصفحات "١94‏ .

. المنظمة العربية للتنمية الزراعية )۱۹۹۸ . دراسة القانات الحديثة لتنمية الشروة الغابية في الوطن

العربي» والمشروعات المقترحة للتطوير» الخرطوم؛ السودان. ص d ٠۲۹-۱۲۳‏

. جون سميث.ء ترجمة عبد العزيز أبو زنادة» YAAY‏ 5 أساسيات التقنية الأحيائية . عمادة شؤون

المكتبات » جامعة SUM‏ سعود » الرياض » السعودية . ote‏ الصفحات ۲۱١‏ .

. حسن العكيدي ٠‏ ۱۹۸۷ . التقنية الحيوية المايكروبية والتمور . بغداد » العراق . عدد الصفحات

YAA

. رعد البصام ١497‏ . التقنية الحياتية . دار الكندي للنشر والتوزيع c ase‏ الأردن. عدد الصفحات

, E A

\

٠‏ . زيدان السيد عبد العال » ۱۹۹۷ . التكنولوجيا الحيوية وآفاق القرن الحادي العشرين . شركة منشأة

المعارف بالإسكندرية » مصر . عدد الصفحات 3١١‏ ,

e وعبد الرزاق تقي الدين ء۱۹۹۸ . الأحياء الدقيقة . جامعة القدس المفتوحة‎ JA .عبد الكريم‎ ١

عمان » الأردن . عدد الصفحات 175 .

Y‏ . علي الرجوي؛ AE‏ . تكنولوجيا الزراعة الحيوية والمقاومة البيولوجية: gu‏ والتطبيقات»

ويدائل المبيدات الكيماوية . مكتبة ابن سينا للنشر والتوزيع والتصديرء القاهرة (A4‏ . عذد
الصفحات 1۹۲ .

۳ . فتحي محمد عبد التواب» ١447‏ . البيولوجيا الجزيئية (مدخل للهندسة الوراثية) . المكتبة

الأكاديمية »القاهرة» مصر . عدد الصفحات EYY‏ .

yia

GL ae VE‏ )۱۹۹۹ . الأغذية المحورة ورائينًا: الإنتتاج والسلامة . مجلة المهندس
الزراعي 1٦‏ : 275-44 عمان» الأردن.

VO‏ . يوسف العمري» ومي dale‏ ومحمود قصراوي. وعائدة وصفي عبد الهادي ١447‏ . الوراثة
وعلم الحياة الجزيئي . منشورات جامعة القدس المفتوحة c‏ عمان» الأردن . عدد الصفحات 78٠‏ .

16. Anonymous.1992, Statement of Policy: Foods Derived from New Plant Varieties,

US Federal Register, 22984-23005.

17. Anonymous.1999a. Biotechnology in Agriculture: Food for Thought. Office of
Biotechnology, Canadian Food Inspection Agency, Ottawa, Canada, 3 pp.

18. Anonymous.7999b. Weeds and Plants Produced through Biotechnology. Office of
Biotechnology; Canadian Food Inspection Agency, Ottawa, Canada, 1 p.

19. Anonymous.1999c. Environmental Assessments for Agricultural Products of
Biotechnology. Office of Biotechnology, Canadian Food Inspection Agency,
Ottawa, Canada, 1 p.

20. Anonymous.1999d. Labeling of Genetically Engineered Foods in Canada. Office
of Biotechnology, Canadian Food Inspection Agency, Ottawa, Canada, 2 pp.

21. Auria, R., P. Christen, E. Favela, M. Gutierrez, J. P. Guyot, O. Monroy, S. Revah, S.
Roussos, G. Saucedo-Castaneda and G.Viniegra-Gonzalez.1996.Biotcatment of
Liquid, Solid or Gas Residues: An Integrated Approach. In: Environmental
Biotechnology: Principles and Applications. Edited by Moo- Young, M., W.Anderson
and A.Chakrabarty, Kluwer Academic Publishers, The Netherlands, pp.221-236.

22. Barnum, S.R. 1998. Biotechnology: An Introduction. Wadsworth Publishing
Company, Belmont, USA, p.92.

23. El-Nawawy, A.S., R. Al-Daher, A. Yateem and N.Al-Awadhi.1996. Bioremediation
of Oil Contaminated Soil in Kuwait: II- Enhanced Landfarming for Bioremediation
of Oil Contaminated Soil. In: Environmental Biotechnology: Principles and
Applications. Edited by Moo-Young, M., W. Anderson and A. Chakrabarty, Kluwer
Academic Publishers, The Netherlands, pp. 249-258.

VY:

أ.د. خليل المغربي وأ. د. غاندي أنفوقة

24. El-Nawawy, A. S. and M.H. El-Kattan. 1994. The Beneficial Use of Agricultural Waste
Disposal in Near East (Arabic).FAO Regional Office, Cairo, Egypt, 105 pp.

25. Endo, G., J. Ji and S. Silver .1996. Heavy Metal Resistance Plasmids and Use in
Bioremediation. In: Environmental Biotechnology: Principles and Applications.
Edited by Moo-Young, M., W. Anderson and À. Chakrabarty, Kluwer Academic
Publishers, The Netherlands, pp.47-62.

26. Feldbaum, C. B.1999.Agricultural Technology: The Future of the World's Food
Supply. The Biotechnology Industry Organization (BIO), 17 pp.

27. Hamoda, M. F. 1996. Biotreatment of Wastewater Using Aerated Submerged
Fixed-Film Reactors. In: Environmental Biotechnology: Principles and Applications.
Edited by Moo-Young, M., W. Anderson and A.Chakrabarty, Kluwer Academic
Publishers, The Netherlands, pp.431-449.

28. Ignatov, O. V.and A. B. Kozel. 1996.The Determination of Aromatic Compounds by
Microbial Biosensor. In: Environmental Biotechnology: Principles and Applications.
Edited by Moo-Young, M., W. Anderson and A. Chakrabarty, Kluwer Academic
Publishers, The Netherlands, pp.654-674.

29. Imanaki, T. and M. Morikawa. 1996. Isolation of a New Mixotrophic Bacterium Which
Can Fix CO, and Assimilate Aliphatic and Aromatic Hydrocarbons Anaerobically, In:
Environmental Biotechnology: Principles and Applications. Edited by Moo-Young,
M., W. Anderson and A. Chakrabarty, Kluwer Academic Publishers, The Netherlands,
pp. 16-27.

30. Korzhenevich, V. J., E. V. Volchenko, I. N. Singircev, A. Yu Feodorov and G. M. Shoob.
1996. Microbial Treatment of Phenolic Wastes. In: Environmental Biotechnology:
Principles and Applications. Edited by Moo-Young, M., W. Anderson and A.
Chakrabarty, Kluwer Academic Publishers, The Netherlands, pp. 498-503.

31. Moo-Young, M., W. Anderson and A. Chakrabarty. 1996. Environmental
Biotechnology: Principles and Applications. Kluwer Academic Publishers, The
Netherlands, 768 pp.

YY

neren hE Get RHR rr EE ata E EM Mad

32. Parsek, M. R., S. M. McFall and A. M. Chakrabarty. 1996. Microbial Degradation
of Toxic Chemicals: Evolutionary Insights. In: Environmental Biotechnology:
Principles and Applications. Edited by Moo-Young, M., W. Anderson and A.
Chakrabarty, Kluwer Academic Publishers, The Netherlands, pp.1-15.

33. Pogell, B. M.1996. Bioremediation of Pesticides and Herbicides by Streptomyces.
In: Environmental Biotechnology: Principles and Applications. Edited by
Moo-Young, M., W. Anderson and A. Chakrabarty, Kluwer Academic Publishers,
The Netherlands, pp. 38-46.

34. Raven, P. H. and G. B. Johnson. 1993. Biology. Mosby-Year Book, Inc., USA, 1135
pP.

35. The Biotechnology Industry Organization (BIO).1998. Biotechnology State of the
Industry Report, Bio World Publishing Group, USA, 12 pp.

36. Toet, D.A. 1992. Effect of rDNA Technology on the Safety Requirements for
Enzyme Production and Preparations. International Symposium on the Biosafety

Results of. Genetically Modified Plants and Microorganisms. Goslar, Germany, pp.
201-203.

37. Whitton, B. A., S.T. Darlington and P. J. Saw. 1996. Biological Monitoring of
Insecticides and Other Low Level Contaminants in Freshwaters Using Phototrophs.
In: Environmental Biotechnology: Principles and Applications. Edited by
Moo-Young, M., W. Anderson and A. Chakrabarty, Kluwer Academic Publishers,
The Netherlands, pp.701-711.

38. Whitton, B. A. and M. G. Kelly. 1995. Use of Algae and Other Plants for
Monitoring Rivers .Aust. J. Ecol., 20: 45-56.

39. Wyndham, R. C., M. C. Peel and C. H. Nakatsu.1996. Plasmid Transfer and
Catabolic Gene Distribution in the Area of a Groundwater Bioremediation System. In:
Environmental Biotechnology : Principles and Applications. Edited by Moo-Young,
M., W. Anderson and A. Chakrabarty, Kluwer Academic Publishers, The Netherlands,
pp.78-86.

YYY

40. David, D. N.1996. Utilization of Biotechnology in US Plant Breeding. Biotechnology
and Development Monitor, No. 27, pp. 15-17.

41. Klotz-Ingram, C., S. Jans, J. Fernandez-Cornejo and W. McBride. 1999. Farm-Level
Production Effects Related to the Adoption of Genetically Modified Cotton for Pest

Management. AgBioForum, 2(2):1-11.
42. Ruttan, V.W. 1999, Biotechnology and Agriculture: A Skeptical Perspective.

AgBioForum, 2 (1) : 54-60.

YY

الفصل الثالث عشر
التكنولوجيا الحيوية
في مجال الصناعة
والأنظمة والتشريعات

أ. د. غاندي أنفوقة
أ.د.أمجد خليل

التكنولوجيا الحيوية في مجال الصناعة
à s dads‏ والتشريعات

الأستاذ الدكتور غاندي أنفوقة
الأستاذ الدكتور أمجد خليل

الجزء الأول
التكنولوجيا الحيوية فى مجال الصناعة

5
3

مقدمة

تقوم الكائنات الحية الدقيقة بدور مهم في التطبيقات العملية
للتكنولوجيا الحيوية فى المجالات الصناعية المختلفة . وهذه
کائنات delice‏ في الست odbc FY‏ المجردة» وتضم
مجموعات عدة من الكائنات الصغيرة جداً من فيروسات»
وبكتيرياء وفطريات وحيدة الخلية» وأوليات» وغيرها. ودور هذه
الكائنات LEI‏ فى الصناعة ليس جديدً ؛ إذ استعملها الإنسان منذ
آلاف السنين لإنتاج اللبن والجين والخبزء وصناعة الكحول»
ودباغة الجلود . كما كان لها دور مهم في زيادة خصوبة التربة
(2075). ومع مرور الزمن» زاد اهتمام الإنسان بهذه
الكائنات الدقيقة» ليس فقط بسبب المنافع التي كان يحصل عليها

YYY

من خلالهاء لكن أيضا OY‏ بعضها كان السبب الرئيسي لكثير ممن الأمراض الخطيرة
كثير من أسرار الكائنات الحية الدقيقة؛ الأمر الذي أدى إلى استغلالها على الوجه
الأمثل في كثير من التطبيقات العملية في مجالات الزراعة» والصناعة؛ والطب»
والبيئة .

يعد اكتشاف تكنولوجيا aed‏ النووي المعاد تركيبه «Recombinant DNA‏
أهم إنجازات العلوم الحياتية الجزيئية في القرن العشرين . فبهذه التكنولوجياء تمكن
العلماء من تعرف الكثير من الجينات» ونقلها من كائن حي مثل البكتيريا إلى كائن حي
آخر مثل النبات أو الحيوان . كما ساعدت هذه التكنولوجيا فى تعرف الحينات المسؤولة
عن كثير من العمليات الحيوية التي تحدث داخل الكائنات الحية الدقيقة؛ مثل إنتاج
الإنزيمات التي تدخل في الكثير من الصناعات . ومن نّم استطاع العلماء عزل هذه
الجينات» وإدخالها إلى كائنات حية أخر ی لتنتج بكميات أكبر» باستعمال مفاعلات
حيوية «Bioreactors‏ وبواسطة عملية التخمير (YY) Fermentation‏

ونظرا للفوائد الجمة التي يمكن الحصول عليها من خلال التطبيق العملي
للتكنولوجيا الحيوية في مختلف المجالات» أخذت دول العالم تتسابق على تطبيق هذه
التكنولوجيا الحديثة لحل كثير من المشكلات البيكية والصحية؛ خاصة مشكلة نقص
الغذاء» التى أصبحت تهدد الكثير من الدول الفقيرة فى مختلف أنحاء المعمورة .
والآمال معقودة OW‏ على التكنولوجيا الحديثة في مجال إنتاج النباتات المعدلة جينيًا
«Transgenic plants‏ لإنتاج OGL‏ ذات dog‏ غذائية عالية» لحل مشكلة ا جوع فى
العالم . ومن أجل الوصول إلى هذا الهدف» أصبح كثير من الشركات العالمية في
تنافس مستمر لإنتاج نباتات معدلة جينياء تحتوي على كميات كبيرة من البروتينات
والفيتامينات الضرورية للإنسان. من ذلك» مثلاً : التوصل إلى إنتاج نباتات أرز
تحتوي على نسبة عالية من الروتين» بعد نقل الجينات المسؤولة عن chal‏ هذه

YYA

أ.د. غاندي أنفوقة و آ. د. أمجد خليل

يستعمل مصطلح التكنولوجيا الحيوية الصناعية Industrial biotechnology‏
للدلالة على مجموعة التكنولوجيات الحديئة» التي تستعمل مع الطرق والتكنولوجيات
التقليدية في كثير من مجالات العلوم الحياتية Life sciences‏ والصناعات الحيوية
Bio-Industries‏ . ومن الأمثلة على هذه المجالات :

- إنتاج الطاقة .

- المعادن.

lu py -إنتاج‎

. تحسين اللقاحات‎ n

- صناعة البروتينات» والهرمونات» والمضادات الحيوية .

١.التخمرات‏ الصناعية

تعد عملية التخمر الأساس في تطبيق التكنولوجيا الحيوية الحديثة في المجالات
الصناعية المختلفة. ونش را لحتس هه ا ise‏ عا تعن اكرات
الصناعية .

تدخل عملية التخمر في الكثير من الصناعات الغذائية والدوائية» التي لا يكن
إنتاجها إلا بالتخمرات الصناعية وباستعمال الأحياء الدقيقة. وتجري هذه العملية
بإعادة هندسة الفعاليات الحيوية CV)‏ ويعتمد الإنتاج البيوتكنولوجي للكيميائيات
الصناعية أساسًا على التخمر (۲). وتحدث التخمرات نتيجة إفراز بعض الأحياء
الدقيقة مواد كيميائية وإنزيمية تعمل على أكسدة المركبات العضوية واختزالهاء مثل
النتكريات :الى تكون المضدر dE‏ السزوري لتمو eee MI‏ الدقيغة . ويرافق عله
Sa ALS ys cle aad‏ جين COR‏ وتنتج عملية التخمر المركبات العضوية
الأليفاتية» كالإيثانول مثلاً؛ وهو كحول ناتج عن تخمر الحبوب» ويستخدم في كثير من
الصناعات . ويمكن تلخيص فوائد عملية التخمر بالنقاط الآتية :

أ. زيادة إنتاج مواد أيضية أولية وأساسية؛ مثل : الغليسرول» وحمض الخل»

vYA

وحمض اللبن» والأسيتون» والكحول البيوتيلي» وديول البيوتان» والحموض
العضوية والأمينية» والقيتامينات» ومتعددات التسكر.

ب. إنتاج مواد أيضية ثانوية مفيدة؛ مثل : المضادات الحيوية» والجبريلين»
والقلويدات» والأكتينومايسين Actinomycin‏

د. استخدام تكنولوجيا التخمر لخلايا مشتقة من النباتات وال حيوانات الراقية» تحت
ظروف مزارع LAH‏ أوالأنسجة c «Cell or tissue cultures‏ العطور
والمنكهات» وجزيئات اليروتين؛ مثل : الإنترفيرونات «Interferons‏ والأجسام
المضادة الأحادية التناسخ (Y) Monoclonal antibodies‏ .

ويبين الجدول )١(‏ أهم المجالات الصناعية التي تعتمد بشكل رئيسي على منتجات
عملية التخمر aC‏

تتشابه عمليات التخمر التجارية فى أساسها؛ إذ تعتمد جميعها على تنمية أعداد
كبيرة من الخلايا ذات الصفات المنتظمة تحت ظروف محكمة ومحددة. ومع القليل من
التحوير» فإنه يكن استخدام جهاز التخمر نفسه لإنتاج أكثر من مادة واحدة . وأبسط
أشكال عمليات التخمر هو خلط الكائنات الدقيقة في بيئات غذائية» والسماح لهذه
المكونات بالتفاعل AP)‏

أنواع التخمرات

تقسم التخمرات إلى el gl‏ عدة» حسب AW!‏ النهائي لعملية التخمر :
Ethanol‏ .

ب. التخمر اللبنى : pes‏ فيه أنواع من البكتيرياء مثل Streptococcus‏ أو
Lactobacillus‏ اللاكتوز إلى حمض اللبن Lactic acid‏ الذي يستخدم في إنتاج
اللبن.

ج. التخمر البيوتركي: ينتج عن هذا النوع من التخمر حمض البيروفك Pyruvic‏

حرفا

أ. د. guile‏ أنفوقة a. Tg‏ أمجد خليل
الجدول (V)‏ منتجات عملية التخمر تبعاً للقطاعات المختلفة.

صناعة المواد الكيميائية

الناتج
- کحول أثيلي: أسيتون: بيوتانول.
- حموض عضوية (حمض الستريك. والإيتاكونيك (Itaconic acid‏ .
- الإنزيمات. والبوليمرات.
- الثروة المعدنية.

. التراكم الأحيائي -Bioaceumulation‏
المضادات الحيوية.

- مواد التشخيص (الإنزيمات؛ الأجسام المضادة).
- مثبطات الإنزيمات.

- الستيرويدات.
. اللقاحاث.
- الإيثانول (الغازوحول (Gasohol‏
- الميثان (الغاز الحيوي „(Biogas‏
AES -‏ الحيوية Biomass‏ -
- منتجات الألبان (الأجبان؛ اللبن اثرائب).
n‏ منتجات اللحوم. والأسماك .

المشرويات (الكحولية؛ والشاي والقهوة).
- خميرة الخبز.
= مضادات التأكسد Antioxidants‏ .

ء الألوان؛ والنكهات. والمثبتات Stabilizers‏

و. المواد المضائة إلى - الأطعمة المبتكرة [صلصة فول الصويا).
الأغذية . الحموض الأمينية: والفيتامينات.
- المنتجات النشوية.

- شراب الغلوكوز. والفركتوز العالي.

- التحويرات الوظيفية للهروتين؛ والبكتين.

أغذية الحيوان. ees‏

- حفظ ala!‏ وعمليات الکمپوست.

- مييدات الآفات ذات المنشاً الميكروبي.

- الرايزوبيوم» والمحقنات البكتيرية الأخرى الخاصة بتثبيت النتروجين.
- محقونات الميكرورايزا .

- مزارع الخلايا والأنسجة (تكاثر خضري؛ إنتاج أجنة؛ تحسين ورائي).

VY

4 المستعمل في كثير من الصناعات . ويتحقق ذلك باستعمال نوع من البكتيريا
اللاهوائية» مثل «Clostridium‏ التي تحلل سكر الغلوكوز.

ial nl e هر‎ sail البرو رتك + امنيب لهذا التوع من‎ paie ca
. CU Propionic acid التي تنتج حمض البروييونك‎ «Clostridium

إن الاختلاف في نواتج عمليات التخمر مرتبط بوجود أو غياب بعض الإنزيمات التي
تفرزها الأحياء الدقيقة» المستعملة في عمليات التخمر Wee.‏ تفتقر بكتيريا
‘Pyruvate decarboxylase e ji Lactobacillus‏ ومن e‏ يتحولالبروفيت
Pyruvate‏ إلى حمض اللين . Ul‏ في خميرة البيرة» فإن ZUI‏ النهائي لعملية التخمر هو
الإيثانول CU‏

Oa‏ جميع ععليات التخمر داخل مقاعلات حيوة. . والوظيفة الأساسية
للمفاعل الحيوي تخفيض كلفة إنتاج tg‏ بحيث يتحقق التشغيل تحت ظروف معقمة
Aseptic‏ . وتجري التفاعلات في المفاعلات الحيوية تحت رقم هيدروجيني متعادل
تقريبًا » وتحت درجة حرارة ١؟- VO‏ . وفي معظم المفاعلات الحيوية» تحدث
العمليات في وسط سائل Q0)‏

Y‏ الإنزيمات بديل للأحياء الدقيقة

لكون منتجات عمليات التخمر نوات نهائية لنشاط الإنزيمات الموجودة في الأحياء

لدقيقة» تستغل هذه الإنزيمات استغلالا تجاريا؛ بحيث يستخدم الإنري المعزول ليحل
xU ms‏ ذلك أن استخدام الكائن الحي كاملاً يتسبب عنه بعض

العوائق t‏ مثل:
- قد تختلف الظروف المثلى التي يحتاج إليها الكائن الحي للنمو عن الظروف اللازمة
لونتاج الإنزيمات .

يتحول قسم كبير من وسط التفاعل إلى US‏ حيوية .
قد تحدث تفاعلاات جانبية هادمة أو مدمرة .

vYY

أ.د. غاتدي أنفوقة وأ.د. أمجد خليل
قد يكون معدل التحويل إلى المنتج المرغوب فيه بطيثًا .
- قد يصعب فصل المنتج المرغوب فيه بعد انتهاء العملية .
cede y‏ فإن استخدام الإنزيمات المعزولة والمنقاة يكن أن يقلل من هذه المشكلات
A)‏

أ. مصادر الإنزيمات

يمكن الحصول على الإنزيمات المستخدمة فى عمليات التخمر الصناعية من المصادر
الطبيعية الآتية: l‏

-النباتات : مثل ep]‏ دايستيز nhs‏ والبروميلين.

الحيوانات : مثل إنزيم الرينين.

-الكائنات الحية الدقيقة : : مثل إنزيم asl‏ - أميليز .a-Amylase‏
إن الإنزيمات المشتقة من النباتات والحيوانات تكون بكميات كبيرة جد . لكن» لهذا
Fi du‏ ال ل
لا تعطي المردود المطلوب من الإنزيمات .

أما إمكانية J padi‏ على الإنزيمات من الأحياء الدقيقةء في غير ia pre‏ . وإضافة
إلى تميزها بأنها متنوعة إلى أبعد te‏ فإنه يكن السيطرة عليها وعلى عوامل إنتاجها.
elas‏ على ذلك» فإن إنتاج الإنزهات من الأحياء الدقيقة أصبح على نطاق صناعي

إن معظم Ole PY‏ من الأحياء الدقيقة المستخدمة في الصناعة تشتق من عدد لا يزيد
على ٤‏ خمائر» و١١‏ فطرء و8 أنواع من البكتيريا QD‏ والجدول ose (Y)‏ بعض أنواع
الإنزيمات المنتجة من الأحياء الدقيقة

cedi v‏ الإنزيمات
إن الخطوة الأساسية في إنتاج الإنزيمات على نطاق تجاري هو اختيارالكائنات الحية

YvT

الجدول )1( بعض الإنزيمات المنتجة من الأحياء الدقيقة و المستخدمة في مجال الصناعة.

Bacillus subtilis

Bacillus licheniformis

Aspergillus oryzae

Aspergillus oryzae‏ صناعة النشا؛ صناعة

Aspergillus niger

Rhizopus oryzae Glucoamylase‏ المشروبات الروحية (الييرة)

Klebsiella aerogenes

Pullulanase

غلوكوز أيزوميريز Bacillus coagulans‏ إنتاج محلول الفركتوز

Streptomyces albus Glucose isomerase

صتاعة المشروبات

; , Bacillus subtilis
E) الروحية‎ Aspergillus niger B-Glucanase

Penicillium emersonii

Saccharomyces cerevisiae

Saccharomyces lactis

Aspergillus niger

Aspergillus oryzae

Rhizopus oryzae

Aspergillus niger

Aspergillus oryzae

Rhizopus oryzae

Bacillus subtilis‏ إعطاء النكهة للحوم والأجبان؛
Aspergillus oryzae | Neutral Protease‏ صناعة الخبز

Baciilus licheniformis
Alkaline protease

Mucor micbei spp

Aspergillus oryzae
Aspergillus niger

Rhizopus oryzae

A

آ. د. غاندي أنفوقة وأ.د. أمجد خليل

الدقيقة المناسبة . ومن الشروط التي يجب أخذها في الحسبان عند اختيار هذه الكائنات
بغرض إنتاج الإنزيمات ما يأتي : ۰

- أن لا تكون الكائنات الحية الدقيقة مسببة للأمراض .

أن لا تكون منتجة للسموم.

- أن لا تكون حساسة جد للتغير في بعض العوامل الحيوية .

- أن تكون على درجة من الشبات ؛ من حيث الإنتاج الإنزيمي والقدرة على إنتاج
الأنواع .

- أن تكون لها القدرة على النمو بشكل جيد في الأوساط (البيئات) الرخيصة (۳).

بعد اختيار الكائنات الحية الدقيقة» توفر الظروف المناسبة لها التي تمكنها من إنتاج
أعلى تراكيز من الإنزيمات. وتمتاز الإنزيمات التي ترز حارج الخلية عن الإنزيمات
الداخلية بأن إنتاجها لا يتطلب طرقًا تكنولوجية لتفتيت الخلية؛ إضافة إلى أنها توجد
بشكل نقي نسبيا في بيئة النمو؛ في حين أن الإنزيمات الداخلية تحتساج إلى طرق
تكنولوجية أكثر تعقيدأ للفصل والتنقية . لذلك» تشكل الإنزيهات Reel‏ خارج الخلية
الجزء الأعظم من الإنتاج الصناعي الميكروبي للإنزيمات . غير أن للإنزيمات المنتجة
داخل الخلية دورا متزايد الأهمية» كإنزيمات تشخيصية في الطب والزراعة (*) .

ويمكن خفض تكاليف إنتاج الإنزهات» بتطعيم الكائن الحي الدقيق بالجينات
الخاصة بكل إنزيم . وبذلك» تكون الحاجة إلى وعاء تخمر واحد» تقوم بلايين الخلايا
داخله بالتفاعلات جميعهاء حسب توالي حدوثها. وبهذه الطريقة» يمكن توقير SU‏
والوقت؛ أو تطعيم الخلايا بنسخ عدة من الجين نفسه» للحصول على كميات مضاعفة
من الإنزيم . وقد تمكن العلماء اليابانيون فعلاً من زيادة إنتاج e pd‏ ألفا أميليز من
بكتيريا Bacillus subtilis‏ متي ضعف . SUAS‏ يكن استخدام البكتيريا المحبة
للحرارة Thermophilic‏ لخفض الكلفة ؛ cols pls‏ هذه البكتيريا تستطيع تحمل درجات
الحرارة العالية من دون أن تتكسر . كما أن التفاعلات التي تنشطها إنزيمات هذه البكتيريا
تحدث بشكل أسرع . calido,‏ فإذا أمكن نقل جينات إنزيم LU‏ أميليز إلى هذه

vYo

البكتيرياء فرعا أمكن الإسراع في تحويل النشا إلى غلوكوز. ومن الممكن أيضا أن تربط
الإنزيمات بمواد خاملةء مكل كريات صغيرة من البلاستيك أو السيراميك؛ بحيث يمكن
للإنزيمات في شكلها الساكن هذا أن تعمل منشطات للتفاعلات» ل
في عملية الإنتاج (A OD‏ .

ج . الأمان الحيوي للإنزيمات المنتجة بهندسة الجينات
تتوقع رابطة منتجي إنزيمات الغذاء في هولندا أن JA‏ من Cile imati ole yl‏

ستكون في المستقبل بواسطة البكتيريا المحسنة جينيا. و وسيشمل ذلك إنزيمات متداولة
a LIU‏ الأسواق؛ esl: d‏ الكايموزين «Chymosin‏ وأميليز «Amylase‏
ويروتييز Protease‏ ولایپیز ؛ وجميعها ناتجة عن كائنات دقيقة .

ونظرا لاستخدام تكنولوجيا الحَمْض النووي المعاد تركيبه DNA‏ إنتاج
الإنزيات العالية التخصص وبسعر اقتصاديء فإن صناعة الإنزيمات باتت تحتل المرتبة
الثانية بعد صناعة الدواء» التي استفادت من التكنولوجيا نفسها. وقد أدى استخدام
هذه التكنولوجيا إلى تنظيم إنتاج الإنزيمات ؛ الأمر الذي زاد من نقائهاء وقلل من إجراء
اختبارات الأمان الحيوي . كما أدى استخدام هذه التكنولوجيا إلى تقليل الكائنات الحية
الدقيقة المستخدمة» والاعتماد على الكائنات الدقيقة التقليدية المستعملة؛ وزاد من
مقدرة هذه الكائنات على الإنتاج ومن نقاء منتجاتها .

وتتطلب مكونات الأمان الحيوي أن يكون الكائن الدقيق آمئاء ol,‏ يكون الناقل
Shun‏ وأن يكون الحمض النووي موصوقًا بدقة. وقد أخذ في الحسبان درجة البقاءء
وسمية البيئة» ومدى انتقال بقايا العلامة الوراثية للحمض النووي المعاد تركيبه (وعادة
تكون مضادا Go‏ ومقدرتها على iw‏ وإحدائها للمرض أو السمية. وقد
t‏ ا ا PON‏ أو الحيوان» ولا تلوث البيئة؛ إذ لا تحتوي
iei all e SEU Adi‏ على أي أثر ضار CY v)‏ .

yr

al‏ غاندي أنفوقة و آ. د. أمجد خليل

". دور الأ حياء الدقيقة في الصناعة

الكثير من المواد المفيدة والمطلوبة هي من إنتاج الأحياء الدقيقة. ومن الناحية
الصناعية» تعد المواد الخام وسطا غذائيا للأحياء الدقيقة؛ إذ تستهلك هذه الأحياء المواد
كل من المواد الخام المستعملة» والأحياء الدقيقة التي ستقوم بالعملية» والنواتمح. هذه
المواصفات ھی :

-المواد الخام : أن تكون رخيصة ومتوافرة باستمرار.

الأحياء الدقيقة: أن تكون غير ضارة «Nonpathogenic‏ ولها القدرة على النمو
السريع» والقدرة على إنتاج كميات كبيرة من المواد المراد تصنيعها. ويفضل الأحياء
الدقيقة المنتجة soll‏ نقية وأحدة Homofermantative‏ .

Faai‏ أن يكون مادة نقية واحدةء وليس مزيجا من المواد؛ إذ إن المزيج يزيد من
كلفة الإنتاج. ويجب أن يكون الناتج ذا قيمة اقتصادية عالية» وإمكانية التسويق متوافرة
„aj‏

ومن القطاعات الصناعية التي تعتمد اعتماذا رئيسيًا على الأحياء الدقيقة قطاعات
إنتاج المواد الآتية :

. Alcoholic beverages الكحول‎

-المواد الكيمياتية الصيدلية Pharmaceutical chemicals‏ .

. Organic chemicals -المركبات العضوية‎

. (0) Vaccines and antibiotics à; pt -الأمصال والمضادات‎

Lf‏ تطبيقات التكنولوجيا الحيوية في المجالات الصناعية المختلفة
أ. إنتاج الطاقه
AUN‏ المستخدمة في إنتاج الطاقة بواسطة التكنولوجيا الحيوية يمكن تجديدها؛

YTY

أي أنها مصادر يمكن أن تحرق بثبات وأن تستبدل . فإنتاج الطاقة هنا يتحقق باستغلال
الكتلة الحيوية مصدراً للطاقة. والكتلة الحيوية هي مادة أصلها بيولوجي؛ مثل :
الأشجار calas JE‏ ونفايات الغابات» وبقايا النباتات» والسراخس» às dett‏
وروث QU Al‏ (۲) .

وهنالك أنواع عدة من الطاقة يمكن إنتاجها من الكتلة الحيوية ؛ منها :

١.الغازوحول Gasohol‏
من الممكن إنتاج هذا الغاز باستخدام adl‏ (لبن النبات) الهيدروكربوني وقودًا
سائلاً. UL,‏ هو سائل لزج يمكن أن يفرز من ساق النبات: adl y‏ مثال عليه هو
المطاط الطبيعي؛ فهذا يصنع من اللثى الذي تفرزه شجرة المطاط . كما نتج الطاقة
بخمير النشا المستخلص من نباتات الكاسافاء لإنتاج الإيشانول الذي يخلط مع
الغازولين بنسب معينة ؛ ثم يعامل معاملات خاصة لإنتاج الغازوحول. ويستخدم هذا
الغاز وقودا للسيارات» ومصدراً للطاقة تستغل في تدفئة المنازل» وللتوفير في الوقود.
وهنالك أمثلة كثيرة على استخدام نباتات لإنتاج وقود سائل . لكن» لا يمكن أن تفكر
في ذلك إلا دولة شاسعة الاتساع مثل البرازيل؛ إذ بافتراض أن هكتار الأرض سيغل
Ub VY‏ من الكتلة الحيوية في العام» فإن المساحة المفروض زراعتها لتوفير احتياجات
الدولة من الطاقة هي /٠٠١١‏ في إيطالياء FALE‏ بريطانيا . أي ستكون الحاجة إلى
زراعة إيطاليا بأكملهاء من دون أن يترك أي مكان للطرق والمدن وحتى الناس؛ وإلى

مساحة تبلغ ۵ , Y‏ ضعف مساحة بريطانيا (۲) .

؟.الغازالحيوي Biogas‏
يعتمد إنتاج هذا الغاز على أساس أن جميع المواد العضوية» عند تحللها بفعل
الأحياء الدقيقة (بالأخص البكتيريا اللاهوائية)» تنتح غاز الميثان؛ مصحوبا بغازات

أخرى مثل CO,‏ (7). وتحدث عملية تحلل المواد العضوية كما يأتي :

VYA

آ. د . غاندي أنقوقة وأ.د. أمجد خليل

تفرز بكتيريا Clostridium‏ اللاهوائية إنزيمات محللة للمواد العضوية» مثل لايبيز
ويروتيبز وسليوليز؛ JE‏ هذه المواد وتنتج محاليل» وحموضا عضوية ودهنية» وغاز
الهيدروجين؛ وغاز ثاني أكسيد الكربون. هذه المواد تستهلك مرة ثانية بواسطة بكتيريا
لاهوائية "S‏ تسمى c» « Methanobacterium‏ في المحصلة النهائية غاز الميثان
وغاز ثاني أكسيد الكربون (5). إن إنتاج غاز الميثان مستخدم بكثرة في القرى
والأرياف التي لم يصلها التيار الكهربائي؛ خصصوصا في الدول ذات المساحات
الشاسعة» مثل الهند والصين. وتُعد عملية إنتاج غاز الميشان لسد حاجة الاستهلاك
البشري من الطاقة الكهربائية عملية اقتصادية جدا؛ إذ يكن التخلص من الفضلات
وإنتاج مواد عضوية مفيدة في تسميد المزارع ؛ إضافة إلى إنتاج هذا الغاز CV)‏

ب. مجالات التعدين

يُعول فى الوقت الحاضر على بكتيريا Thiobacillus‏ في تنقية أكثر من 139 من
النحاس الموجود في العالم؛ إذ تستطيع هذه البكتيريا تركيز النحاس . ذلك أنها إذا غت
في بيئة تحتوي على أملاح النحاس» VB‏ تجمع بالتدريج كميات ضخمة منها داخل
أجسامهاء وتنقلها من البيئة المحيطة . كما توجد بكتيريا تستخلص اليورانيوم ببطء من
ماء البحر . ويذكر أن كمية النحاس المستخلصة في عموم الولايات المتحدة الأمريكية

Ax,‏ استعمال البكتيريا هى بحدود 5١-١١‏ / € بطاقة إنتاجية تققد ر ب ٠٠١‏ طن
ay”‏ والحالة نفسها في كندا؛ إذ يجري تنقية Ce 0٠‏ سنوي من أكاسيد اليورانيوم»
ويح العافة CD uu Mall‏

ج. إنتاج الإنزيمات

إن es]‏ الرينين» الذي يستخلص من معدة العجول والأبقار ويستخدم في صناعة
الجبن: أمكن إنتاجه بهندسة الجينات؛ وذلك بنقل جين الرينين إلى بكتيريا. وكانت
كلفة إنتاج الكيلوغرام الواحد من هذا الإنزيم عام ۱۹۸٠١‏ » باستعمال الطرق التقليدية»
١‏ دولار تقريبًا؛ أي أغلى من أفضل أنواع الجين (۲) .

YYA

د. إنتاج المطاعيم والأمصال والمضادات الحيوية

يستخدم عدد كبير من الأحياء الدقيقة » كالقيروسات والبكتيرياء في إنتاج المطاعيم
والأمصال التي تستعمل في تحصين الإنسان ضد شتى الأمراض .

إن إنتاج الجيل القديم من اللقاحات كان يعتمد على طريقتين :

- أن يكون الميكروب مقتولاً؛ لكنه يحتفظ بقدرته على إحداث المناعة .

- أن يكون الميكروب حياء لكن بعد إضعافه؛ لمنعه من أن يسبب المرض؛ مع
احتفاظه بالقدرة على إحداث المناعة (E)‏

أما الجيل الجديد من اللقاحات» فينتج باستخدام التكنولوجيا الحيوية بطريقتين :

- الطريقة الأولى تعتمد على تنمية بكتيريا غير ضارة» توضع فيها جينات pat‏
لبروتينات (مولدات ضد)» تستثير إنتاج الأجسام المضادة الواقية من الميكروبات المسببة
للمرض؛ ويمكن بعدها تنقية هذه البروتينات باستخدام أجسام مضادة نقية. وقد
أنتجت بهذه الطريقة لقاحات ضد الالتهاب الكبدي ب» والتيتانوس» والدفتيرياء
ومرض القدم والفم في الماشية .

- في الطريقة الثانية» توضع جينات داخل ميكروب غير ضارء يعمل كحامل
للجينات المصنعة للقاحات؛ وبهذاء فإنه ينتج (مولدات ضد) تستثير إنتاج الأجسام
المضادة C)‏ .

ويبين الجدول )9( بعض الأمثلة على أنواع المطاعيم التي تنتجها الأحياء الدقيقة»
وبعض استعمالاتها.

vé.

NAA ANETTA ESTEE ROOT NOME TTT‏ أ.د . غاندى أنفوقة و أ.د . أمجد خليل

الجدول (5): أنواع المطاعيم التي تنتجها الأحياء الدقيقة؛ ويعض استعمالاتها.

المطموم الثلاشي؛ ويتكؤن '
من: سم الدفتيريا + سم | تعطى للأطفال في عمر ” Y‏
التيتانوس + خلايا XS‏ من | أشهر

بكتيريا السعال الديكي
مستخلص من البكتيريا
المسبّبة للمرض تعطى للأشخاص المعرّضين
Mycobacterium‏ للمرض؛ JLab My‏ من عمر -Y‏

algal ٤ . tuberculosis

تعطى للأطفال في عمر ٠١‏ -

۸ شهراً

تعطى للأطفال في عمر TaY‏

أعوام

وثمة إمكانات لتطبيقات كثيرة في مجال تحسين اللقاحات» منها محاولة العلماء
إنتاج لقاح ضد مرض نقص المناعة المكتسب (الإيدز)؛ وذلك ببناء جينات تشفر لصنع
غلاف الفيروس البروتيني بطريقة صناعية» ومن ثم وضعها في خلايا بكتيرية TEY‏
كميات كبيرة من هذه الپروتينات الفيروسية» تكون كافية لإنتاج أجسام مضادة ضد
المرض حين حقن الإنسان بها. ويتوقع لهذه الطريقة النجاح لعمل لقاحات ضد مرض
الويدز (A)‏

وتستخدم بعض أنواع الفطريات والبكتيريا لإنتاج المضادات الحيوية الضرورية
لمقاومة الكثير من الأمراض التي تهدد حياة الإنسان. و الجدول (E)‏ يلخص الأنواع
الرئيسية للمضادات الحيوية» والأحياء الدقيقة المنتجة لها )0(

VE!

الجدول (1): الأنواع الرئيسية للمضادات الحيوية: والأحياء الدقيقة المنتجة لهاء

TIE TTS
بكتريات غرام الموجبة‎ Penicillium chrysogenum Penicillin iau
معظم أنواع البكتيريا‎ mu

Cephalosporium

acemonium Cephalosporin
الفطريات‎ Penicillium griscofulvum غريزيوفولشين‎

Griseofulvin

Streptomyces nodosus ب‎ نيسيرتوممأ‎

الفطريات
Amphotericin-B‏

كلورامفينيكول

Streptomyces venezuelae

معظم أنواع البكتيريا؛ خاصة

Chloramphenicol‏ غرام السالبة
إريثرومايسين Streptomyces erythraeus‏ بكتيريا غرام الموجبة

Erythromycin

تيومايسين - ب

| معظم أنواع البكتيريا

Streptomyces fradiac
Neomycin-B
نياستاتين‎
Nystatin
بكتيريا غرام السالبة‎ Bacillus polymyxa پولیمکسبن - ب‎
Polymyxin-B
بكتيريا غرام الموجبة‎ Bacillus licheniformis باسيتراسين‎

Streptomyces nourei

Bacitracin

ه. صناعة اليروتيئات والهرمونات

s y‏ التطبيقات Gidea‏ مجال liste‏ وتات عن تلك في سين
اللقاحات» إن لم تتفوق عليها؛ إذ إن أكبر عدد من تطبيقات التكنولوجيات الحيوية
حتى الآن أنجز في هذا المجال CE)‏ ويمكن تلخيص eal‏ الإنجازات مما يأتي :

.١‏ إنتاج هرمون الإنسولين» الذي يستخدم لعلاج مرضى السكري : فقد كانت
صناعة الإنسولين بالطرق التقليدية تنجز باستخلاصه من غدد البنكرياس الحيوانية .

VEY

وكان إنتاج ١٠٠غم‏ من الإنسولين بحاجة إلى 76٠٠‏ كغم من هذه الغدد؛ في حين أنه
باستخدام التكنولوجيا الخيوية يكن إنتاج الكمية نفسها من الإنسولين من وعاء تخمير
يبلغ حجمه ٠٠٠١‏ لتر . إضافة إلى AUS‏ فإن هرمون الإنسولين المشتق من الأبقار

dd‏ والخنازير ليس مطابقًا من الناحية الكيميائية لإنسولين الإنسان؛ الأمر الذي يجعل

أجسام نسبة ليست قليلة من مرضى السكري تفرز أجسامًا مضادة للإنسولين عند
tais‏ ومن ثم يعامل الجسم الإنسولين على أنه بروتين غريب» ويبدأ بهدمه قبل أن
يستخدمه . يسيطر على إنتاج الإنسولين في الدول المتقدمة شركتان هما: شركة إيلاي
ليلي Eli Lilly‏ الأمريكية» وشركة نوو إندستري AS jU.JI Novo Industry‏ .
وتتبع كل شركة طريقة خاصة بها لإنتاج الأنسولين بالطرق الحيوية الحديثة . ففي حين
طورت شركة نوقو إندستري وسيلة لتحويل إنسولين الخنازير إلى الإنسولين البشري»
بنزع الحمض الأميني الموجود في هرمون الخنازير والاستبدال به الحمض الأميني
الموازي الموجود في الهرمون البشري» اعتمدت شركة إيلاي ليلي البكتيريا المعدلة جينيا
لتخليق الإنسولين البشري .

۲. إنتاج هرمون النمو عند الإنسان» سوماتوستاتين :Somatostatin‏ ينتج هذا
الهرمون لعلاج الأطفال المصابين بالتقزم النخامي الذي يلجم عنه أفراد بالغون قصار
قصرا شادًا . وقد كان هذا الهرمون يستخلص من الغدد النخامية للجثث بكلفة باهظة ؛
إذ كانت كلفة الهرمون المستخلص من ٠/اغدة‏ نخامية لمعالجة طفل واحد بحدود ١6‏
ألف دولار سنويا . لكن» باستخدام التكنولوجيا السيوية وبواسطة بكتيريا
«Escherichia coli‏ أمكن إنتاج هرمون النمو بكلفة رخيصة. وتقدر كمية الهرمون
ا منتج من وعاء تخمر بكتيري سعته لمكا لتر في o. Y‏ أيام بما Joly‏ المادة المستخلصة
من ۷٠٠-٦٠٠‏ آلف Ete‏ (5). ومبدأالتكنولوجياالحديثة هو تصنيع جين
سوماتوستاتين؛ ثم ربطه إلى الناقل البلازميد Plasmid‏ الموجود في E. coli 2S‏ .
والناقل يحمل جين e y]‏ بيتا غالاكتوزيديز B-Galactosidase‏ (المسؤول عن تحطيم
اللاكتوز في البكتيريا إلى غلوكوز وغلاكتوز). وعند التعبير عن الجين الهجين» ينتج
بروتين مكون من إنزيم بيدا غالاكتوزيد؛ مربوطا بهرمون سوماتوستاتين» بواسطة

YEY

الحمض الأميني ميثيونين Methionine‏ ثم في المختبر» وبعيدا عن الخلية» يفصل
ا لحمض الأميني ميثيونين مع جزء من الإنزيم La‏ غالاكتوزيديز؛ وبذلك ينتج هرمون
سوماتوستاتين النشط (A)‏ . وهذه الطريقة لإنتاج الهرمون لها ميزة رئيسية هي خخلو
الهرمون من التلوث بالفيروسات؛ مقارنة بطريقة استخلاصه من الأنسجة الحيوانية .
وتتضح مخاطر ذلك التلوث من حادثة وفاة Y‏ أشخاص في أواخر الثمانينيات من
القرن العشرين» نتيجة لتعاطيهم في الستينيات والسبعينيات هر مون سوماتوستاتين»
استخلص من الغدد النخامية لجثث بشرية (E)‏

۳. انتاج الإنترفيرون :Interferon‏ تمكنت شر كات صناعية عدة من إنتاج كميات
كبيرة من الإنترفيرون بواسطة التكنولوجيا الحيوية. ويستعمل الإنترفيرون علاجا
لبعض أنواع السرطان» وبعض أمراض العدوى بالفيروس CE‏ وكان ينتج من خلايا
الدم البيضاء في عملية تستهلك 50-4٠‏ ألف لتر من الدم» لإنتاج ٠٠١‏ ملي غم من
الإنترفيرون النقي ؟ وهذه الكمية كافية لمعالجة ۲۵٠-۲۰۰‏ مصابًا CO‏

٤‏ . صناعة العوامل الحاثة على تكاثر الخلايا: تعزز هذه العوامل إنتاج خلايا الدم
البيضاء » وتقوم بدور رئيسي في الاستجابة المناعية ضد العدوى . وأحد هذه العوامل
عامل حث تكائر الخلايا البيضاء المحببة . وهو مفيد كوسيلة للتغلب على التأثيرات
الجانبية لكثير من الأدوية المضادة للسرطان؛ إذ تميل هذه الأدوية إلى عرقلة إنتاج خلايا
الدم البيضاء؛ ما يجعل المريض مستهدقًا للعدوى. ومرضى الإيدز يعطى لهم عامل
حث تكاثر الخلايا المحببة الملتهمة» لتعزيز إنتاج الخلايا البيضاء (5) .

0. صناعة الإريثرويويتين Erythropoietin‏ : يحث هذا على gl‏ خلايا الدم
الحمراء في نخاع العظام. ويصنع الإريئروبويتين بواسطة نوع من القوارض الصغيرة
يسمى الهمستر الصيني ؛ وليس بواسطة البكتيريا. وسبب ذلك أن المنتج النهائي من
خلايا الهمستر تكون أقرب للصورة البشرية من المنتج النهائي المصنع من البكتيريا .
ويستخدم الإريثروبويتين في مقاومة الأنيمياء التي يعاني منها المصابون بالفشل الكلوي
المزمن» من يعالجون بالغسيل الكلوي. وهؤلاء المرضى يحتاجون» من دون هذا
الدواء» إلى عمليات نقل دم متكررة .

vét

أ.د. غائدي أنفوقة وأ.د. أمجد خليل
٦‏ . إنتاج المنشط النسيجي للبلازمينوجين: عند الإصابة بالجلطة التاجية» تُحقن
هذه المادة بصورتها المعدلة Cre‏ في المرضى » لتذيب جلطات الدم .
Y‏ إنتاج پروتينات تجلط الدم» التي تكون ناقصة في مرضى الهيموفيليا (مرض
زيادة سيولة الدم» وتأخر تجلطه عند النرف) .
LA‏ استخدام الفيروسات بديلاً للبكتيريا في إنتاج الأدوية : ومثال ذلك استخدام
بعض أنواع اليروسات التي تهاجم يرقات الآفات الزراعية؛ إذ يأمر الفيروس خلايا
اليرقة المصابة بالفيروس بصنع بروتين فيروسي معين يؤدي إلى قتل الحشرة في أيام
معدودة. وفكرة استخدام الفيروس تقوم على حذف جين هذا البروتين» والاستبدال
به أي جين آخر e‏ لصنع اللقاح المرغوب فيه . وبهذه الطريقة يمكن باستخدام
آلاف معدودة من اليرقات إنتاج الكثير من الغرامات من البروتين البشري؛ عوضا عن
تنمية البكتيريا المعدلة جيني في مزارع ضخمة . وهذا يعني إنتاج اللقاحات بكلفة تبلغ
عشر الكلفة الحالية .

vto

الجزء الثاني

الأنظمة والتشريعات في مجال التكنولوجيا الحيويّة

مقدمة

صاحب glad‏ السريع في مجال إنتاج الثباتات المعدلة tS Ce‏ من التساؤلات
حول UW‏ السلبية لزراعة هذه النباتات واستعمالها على صحة الإنسان والحيوان؛
وعلى البيئة (V+)‏ هذه التساؤلات دفعت بالكثير من دول العالم » مثل الولايات
المنحدة الأمريكية ودول الاتحاد الأوروبي » إلى وضع القوانين والأنظمة لضبط إنتاج
الكائنات Genetically modified organisms (GMOs) zz s Jad i ihi‏
وتداولهاء ومراقبة الأغذية التي تستعمل في إنتاجها الطرق الحديثة للتكنولوجيا de gl‏

واستهلاكها.

ويمكن تلخيص أهم هذه التساؤلات في مجالات التكنولوجيا الحيوية ام à HEE‏ يما
ie‏
wrt‏

=

.١‏ تساؤلات فى مجال إنتاج النباتات المعدلة جينيًًا

e‏ كثير من الشركات العالمية المتخصصة في مجال التكنولوجيا الحيوية محاصيل
زراعية ذات صفات وراثية جديدة. وهذه المحاصيل إما أن تكون مقاومة لبعض
مبيدات الأعشاب» أو تكون مقاومة للإصابة ببعض الأمراض النباتية أو الحشرات
الضارة. وبلغت المساحة المزروعة بالمحاصيل المعدلة جينيًا في عام Qv) ٠۹۹۸‏
مليون دوم تقريبًا في مختلف دول العالم . وقد احتلت الولايات المتحدة الأمريكية
المرتبة الأولى بين الدول من حيث المساحة المزروعة بالنباتات المعدلة Ce‏ فعلى
سبيل المثال » درت نسبة المساحات المزروعة بنباتات الذرة الصفراء المعدلة جيني
بحوالى ۲١‏ /؛ وفول الصويا بحوالى AYY‏ ومحصول القطن بنحو من Ul ./٤٤‏
نسبة محصول البطاطا المعدلة جيني فكانت EVV GAD Y‏ ل “ا لم ,

veh

أ.د . غاندي أنفوقة وأ .د . أمجد خليل

T‏ النياتات المقاومة لمبيدات الأعشاب

إن الهدف الرئيسي من إنتاج هذه النباتات هو التقليل من استعمال مبيدات
الأعشاب المتخصصة للقضاء على الأعشاب الضارة. فالنباتات المعدلة جيني لن تتأثر
عند رش الحقل بمبيد cele‏ مثل مبيد «Glyphosate‏ لاحتوائها على الجينات التي
تجعلها مقاومة لهذا المبيد. لكن» في الوقت نفسه» سوف PE‏ جميع الأعشاب بمفعول
المبيد؛ ومن ثم يقضى عليها. وتشير دراسة أجريت على ٠٠٠١‏ حقل من حقول فول
الصويا في الولايات المتحدة الأمريكية إلى أن نسبة استعمال مبيدات الأعشاب
انخفضت في تلك الحقول إلى 7١ - ٤١‏ /؛ مقارنة بالحقول التي تزرع فول الصويا
غير المعدل جيئيًا (9).

وبالرغم من الفوائد الكثيرة لهذه التكنولوجياء OL‏ البعض يرى أن استخدام هذا
النوع من المحاصيل قد يؤدي إلى مشكلات بيئية يصعب التغلب عليها؛ منها :

انتقال الجينات المسؤولة عن مقاومة مبيدات الأعشاب من النباتات المعدلة جيني
إلى أعشاب داخل الحقل : إن إمكانية حدوث التلقيح الخلطي» وانتقال حبوب اللقاح
بين النباتات فى الحقل» قد يؤدي إلى انتقال الجينات من النباتات المعدلة جيني إلى
أعشاب icd‏ داخل الحقل ؛ الأمر الذي يجعل عملية التخلص من هذه الأعشاب
باستعمال مبيدات الأعشاب عملية صعبة» تحتاج إلى كثير من الجهد والوقت والمال.

- قد تنتقل حبوب لقاح النباتات المعدلة جيني بواسطة الرياح إلى الحقول المجاورة ؛
وبذلك» تصبح نباتات غير مرغوب فيها (أعشابا). وللتخلص من هذه النباتات» لا بد
من استخدام طرق أخرى غير المكافحة الكيميائية ؛ ما يتطلب مزيدا من الوقت والجهد
COV CEVE EHP co cV)‏

ب. النباتات المقاومة للأمراض النباتية
تعد الأمراض القيروسية من أهم الأمراض النباتية التي استخدمت في مكافحتها

Viv

للأمراض القيروسية على نقل جينات معينة من القيروس المسبب للمرض إلى النبات»
الذي يصبح بدوره مقاوما للإصابة باليروس المأخوذ منه جين المقاومة. وقد اعتمدت
الشركات الزراعية العالمية على هذه التكنولوجيا في إنتاج الكثير من الخضراوات» مثل
الخيار والكوسا والبطيخ» المقاومة لأمراض فيروسية؛ كقيروس تبرقش الخيار»
وفيروس تبرقش البطيخ . وتأتي خطورة هذه الطريقة في إنتاج ULSI‏ المقاومة
للأمراض القيروسية من إمكانية اندماج المادة الجينية للفيروس مع الجينات الموجودة في
النباتات» التي مصدرها فيروسات تتبع سلالات أخرى . ونتيجة لهذا الاندماج » تنتج
سلالات جديدة من الفيروسات؛ لها القدرة على التغلب على جينات المقاومة الموجودة
في النباتات . إضافة إلى ذلك يصبح لهذه السلالات مدى عائلي >24 Host‏
range‏ وتصبح نباتات جديدة مهددة بالإصابة به ذه YE YY) olny LÀ‏
لاك الال 57595505575 COD OSC‏

ج. النباتات المقاومة للحشرات

تعد نباتات الذرة الصفراء المقاومة لحشرة حفار ساق الذرة من أول النباتات» التي
أتتجت على نطاق تجاري واسع باستخدام التكنولوجيا الحيوية . فقد SB‏ جين معين
مسؤول عن إنتاج يروتين سام إلى هذه ا حشرة من بكتيريا Bacillus thuringiensis‏ .
وبهذه الطريقة» جرى التغلب على الأضرار التي كانت هذه الحشرة تسببها للمزارعين.
وقُدّرت الخسائر الناتجة عن الإصابة بهذه الحشرة في مختلف دول العالم ما بين -V‏
١‏ من مجموع ناتج محصول الذرة الصفراء CEG ٤١ OO CO)‏ ويتوقع
الباحثون أن زراعة النباتات المعدلة Coe‏ والمقاومة لهذه الحشرة» سيؤدي إلى زيادة
في محصول الذرة الصفراء في كل من الولايات المتحدة الأمريكية وأوروبا بحوالي V‏ -
js‏ مليون طن . tel) ol Les‏ نباتات القطن المعدلة Cee‏ في ولاية ألاباما الأمريكية
أدى إلى خفض استعمال المبيدات الحشرية بحوالي VD / 8١‏ وقد قُدَّر إجمالي
الأرباح التي حصل عليها منتجو القطن في الولايات المنحدة الأمريكية عام 1444
ننيجة لزراعة نباتات القطن المعدلة جينياء بحوالي ٩۲‏ مليون دولار Yo Y)‏

YEA

أ.د . غاندي أنفوقة tg‏ د. أمجد خليل
YA‏ وبالرغم من الفوائد الكثيرة المتوقعة من زراعة النباتات المعدلة جينياء OP‏
البعض يرى أن زراعة هذه النباتات قد يؤدي إلى ما يأتي :

- تكوين المناعة : إن زراعة النباتات المقاومة للحشرات بشكل مكثف قد يؤدي» مع
مرور الوقتء إلى تكوين المناعة لدى الحشرات للبروتينات السامة التي تنتجها هذه
النباتات. ومن ثم» نإ pall E pa oda od‏ من t ji ol d‏ ويصبح
من الصعب التخلص من السلالات الجديدة باستخدام هذه التكنولوجيا .

- التأثير السلبي على الكائنات الحية الأخرى: إن السموم المنتجة داخل النباتات
المعدلة Cae‏ قد لا تكون متخصصة ضد نوع معين من الحشرات؛ الأمر الذي قد
يعرض الكثير من الحشرات الأخرى النافعة لخطر هذه السموم COP c£o YVAN)‏

؟. تساؤلات في مجال إنتاج المواد الغذائية

إن الهدف الأساسي من زراعة النباتات هو استعمالهاء أو استعمال منتجاتهاء في
إنتاج المواد الغذائية . ويعرف الطعام Cis Shall‏ في دول الاتحاد الأوروبي على أنه
كائنات حية Oe‏ جيني ؛ أو مواد غذائية استعمل في إنتاجها كائنات حية معدلة
LC‏ بحيث أصبحت تحتوي على مادة جينية جديدة أو بروتين جديد نتج عن عملية
التعديل الجيني .)١۷١۲١ C O0‏

وفي كثير من دول العالم المتقدم» لا يسمح باستهلاك المواد الغذائية المعدلة Cope‏
قبل إجراء الاختبارات المخبرية المكثفة لتعرف الآثار السلبية» التي قد تنتح عن استهلاك
هذه المواد الغذائيةء على صحة الإنسان. وفيما يأتي بعض النقاط المهمة التي يجب
laii‏ في الحسبان قبل السماح باستهلاك المواد الغذائية المعدلة Cu‏

- يجب التأكد أن البروتينات والإنزيمات المنتجة من الجينات المنقولة إلى النباتات أو
الخيوانات غير سامة للإنسان» وليس لها أي مضاعفات جانبية قد ڌ تؤثر على الصحة .

أن لا يكون لنواتم الجينات» من پروتينات أو إنزيمات» أي أثر سلبي على صحة
الكائنات الحية الأخرى التي تستعمل طعامًا للإنسان» مثل الطيور والأسماك.

YEA

- يجب التأكد من أن متتجات الجينات المنقولة لا تسبب أي نوع من الحساسمية
للأشخاص الذين يتناولون الأطعمة المعدلة جيني .

- تعتمد تكنولوجيا نقل الجينات من كائن إلى آخر على استخدام JEU‏ معين مثل
البلازميد. ولهذا الناقل القدرة على مقاومة بعض المضادات الحيوية» مثل كنامايسين
Kanamycin‏ ونيومايسين Neomycin‏ . لذلك» يجب التأكد من أن الجينات المسؤولة
عن مقاومة المضادات الحيوية لا تنتقل من النباتات أو الحيوانات المعدلة جيني إلى جسم
الإنسان. فإذا حدث AUS‏ تصبح استجابة جسم الإنسان للمضادات الحيوية عند
الحاجة إليها ضعيفة .

- أن لا يكون للكائنات الحية الدقيقة المعدلة جيني التى تدخل فى صناعة المواد
الغذائية» كالجين واللبنء أي pile‏ سلبى على القيمة الغذائية لهذه اجات CEP)‏
l (44‏

وحرصا على سلامة الإنسان والبيئة المحيطة به من أي آثار سلبية للكائنات الحية
المعدلة Cee‏ وضعت الكثير من دول العالم» مثل الولايات المتحدة الأمريكية ودول
الاتحاد الأوروبي وكندا وأسترالياء قوانين وأنظمة تضبط من خلالها إنتاج الكائنات
الحية (نباتات» أو حيوانات» أو أحياء دقيقة) المعدلة جيني » وتداولهاء واستهلاكها
CEA)‏

وفيما Gh‏ لمحة عن أهم الأنظمة والتشريعات المتبعة في بعض الدول المتقدمة :

۳. القوانين والتشريعات في الولايات المتحدة الأمريكية

تعد الولايات المنحدة الأمريكية من أكثر الدول اهتمامًا بالتكنولوجيا الحيوية؛
واعتمادا على هذه التكنولوجيا . لإنتاج كائنات حية (نباتات أو حيوانات) معدلة

إن تنظيم عملية إنتاج الكائنات الحية المعدلة جينيا في الولايات المتحدة الأمريكية تقع
ضمن اختصاص ثلاث منظمات فدرالية» هی :

وزارة الزراعة الأمريكية

Yo:

أ.د . غاندي أنفوقة و أ.د. أمجد خليل

United States Department of Agriculture (USDA)
Food and Drug Administration (FDA) -إدارة الغذاء والدواء‎
. Environmental Protection Agency (EPA) -وكالة حماية البيئة‎

أ. وزارة الزراعة الأمريكية

إنّْقسم خسدمةالمعاينة الممحيّة للحيوان والنبات
Animal and Plant Health Inspection Service (APHIS)‏ « التابع لوزارة الزراعة
الأمريكية» هو القسم المخول بتنظيم عملية تداول النباتات المعدلة جينيا في الولايات
المتحدة الأمريكية . ويعتمد هذا القسم على قانون الآفات الزراعية m‏ الصحي في
تنظيم إنتاج النباتات المعدلة جينياء وتداولها. ومن صلاحيات هذا القسم إصدار
التصاريح الخاصة باستيراد النباتات المعدلة جينيا إلى داخل الولايات المتحدة
الأمريكية . وللحصول على مثل هذا التصريح » يجب على الشركات التي تستورد هذه
النباتات أن تزود القسم بمعلومات وافية عن النباتات المراد استيرادها. وبعد دراسة
الطلب من جانب الجهات المختصة. والتأكد من أن هذه النباتات DESY‏ قانون
الحجر الصحي الأمريكي » يصدر القسم التراخيص التي بموجبها تستطيع الشركات
الزراعية إدخال النباتات المعدلة Coe‏ إلى البلاد AEA CY VY)‏

ويمكن تلخيص المعلومات» التي يجب على الجهات الراغبة في الحصول على
تصاريح لاستيراد نباتات معدلة جينيمًا تزويد قسم خدمة المعاينة الصحية للحيوان
والنبات بهاء على النحو الآتي :

- مصدر الجين : معلومات عن الكائن الحي الذي حصل منه على الجين المرغوب
n‏

العائل الذي استعمل في عملية نقل الجينات .
-وصف للصفات الجحديدة التى تظهر على النباتات المعدلة Ae‏

Vo)

- الهدف الأساسي من إنتاج النباتات المعدلة جينياء وتداولها.

المكان الذي ستزرع فيه النباتات .

-عدد المرات التي OR‏ فيها النباتات .

الطرق والأساليب التي ستتخذ للتخلص من النباتات .

بعد استيراد النباتات المعدلة Ce‏ وقبل السماح ببيعها في الولايات المتحدة
الأمريكية»يتأكد هذا القسم أن هذه النباتات غير مصابة بآفات زراعية؛ ومن ثم لا
تخضع لقانون الآفات الزراعية رقم .7CFR-340‏ وللتأكد من هذا الأمرء يجب
تزويد القسم بالمعلومات ASW‏

الهدف من إنتاج النباتات المعدلة Che‏

معلومات عامة عن النباتات؛ مثل : النصنيف «Taxonomy‏ والوراثة
«Genetics‏ وعمليات التلقيح Pollination‏ وإمكانية انتشارها داخل الحقل كأعشاب
Weediness‏ .

-الطرق والتقنيات التي اتبعت في إنتاج النباتات .

وصف للجينات المنقولة LAU‏

eL SU والأداء الحقلي‎ «Genetic analysis التحليل الورائي‎ -
. Field performance

الآثار البيئية AUI‏ عن استيراد النباتات .

آي معلومات أخرى يمكن أن تؤثر على عملية اتخاذ القرار .CEY)‏

ب. إدارة الغذاء والدواء

من المهمات الرئيسية لإدارة الغذاء والدواء مراقبة جميع المنتتجات الغذائية
والدوائية» التى استعمل فى إنتاجها كائنات حية معدلة Chae‏ وللحصول على
موافقة هذه الإدارة على بيع المواد الغذائية التي أنتتجت بواسطة هندسة الجينات» يجب
على الشركات المنتجة تزويد الإدارة بالمعلومات الآتية (ED‏

YoY

La.‏ غاندي أنفوقة و].د. أمجد خليل
- مصدر الجينات المنقولة : هل المصدر نباتات يعرف بأنها تسبب الحساسية للإنسان؟
وصف للجينات المستعملة في هندسة الجينات .

- وصف للبروتينات الناتجة عن الحينات المنقولة .

-وصف لوظيفة اليروتينات الناتجة عن الجينات المنقولة .

- الإشارة إلى نسبة تلك البروتينات التي قد تكون موجودة في المواد الغذائية .

- أي معلومات أخرى تدل على سلامة استعمال المواد الغذائية .

ج. وكالة حماية البيثة

الدور الأساسي لهذه الوكالة هو المحافظة على البيئة ومنع تلوثها؛ خاصة بالمبيدات
الكيميائية التي تستعمل للقضاء على الآفات الزراعية. gags‏
القانون الفدرالي للمبيدات الحشرية والفطرية ومبيدات القوارض
Federal Insecticide, Fungicide & Rodenticide Act‏ « يعرف مبيد الآفات oh‏
أي مادة» أو مزيج من مواد عدةء تستعمل للقضاء على أي آفة زراعية وبذلك فإن
هذا التعريف لبيدات الآفات يشمل عددا من النباتات المعدلة جينياء التي تكون
مصدرً لبعض المركبات السامة» مثل البروتينات» للقضاء على بعض الآفات
الزراعية. لذلك» فإن وكالة حماية البيئة تنهض بدور مهم في تنظيم تداول هذه
النباتات . كما تتأكد الوكالة أن المواد السامة المستخلصة من النباتات ليس لها أي تأثير
سلبى على البيئة» أو على الكائنات الحية غير المستهدفة . Ul‏ إذا دلت الدراسات
على عكس ذلك» فتمنع الوكالة انتشار هذه المركبات وتداولها والنباتات التي
استخلصت منها CEO CTY)‏

تخضع جميع التجارب الحقلية للنباتات المعدلة جينياء التي تستخدم لإنتاج مواد
سامة »إلى مراقبة وكالة حماية البيئة الأمريكية . وعلى الجهات التي ترغب في القيام
بمثل هذه التجارب التقدم بطلب إلى الوكالة . ويجب أن يحتوي الطلب على المعلومات
Vi‏

1

voY

- الغاية من إجراء التجارب» والهدف الرئيسي من إدخال المنتجات الجديدة .

- إعطاء معلومات عامة ومفصلة عن النباتات التي ستستخدم في التجربة .

- توفير معلومات عن المنتجات الجديدة (البروتينات)» وصفات الجين المنقول إلى
هذه النباتات؛ إضافة إلى معلومات عن الكائن uel‏ » مصدر هذه الجينات .

المساحة الكلية التي ستستخدم في التجربة؛ والإجراءات الوقائية التي اتبعت wh‏
انتقال النباتات» أو أجزاء منهاء إلى الحقول المجاورة .

- معلومات عن الناقل الذي استعمل في إنتاج النباتات» والطريقة التي اتبعت في
عملية نقل الجينات .

- معلومات عن عمليات التخزين» والحصاد» وطرق التخلص من بقايا المحصول.

(stu‏ إلى هذه المعلومات» وبع د دراسة الظلنات المقدمة لوكالة حماية البيئة»
والتثبت من أن المواد المنتجة من هذه النباتات لن تشكل أي آثار سلبية على البيئة والحياة
البرية» تصدر الوكالة تصاريح للقيام بالتجارب الحقلية CE)‏

.٤‏ القوانين والتشريعات في دول الاتحاد الأوروبي

سنت دول الا تماد الأوروبسي عام ۱۹۹۰ القانونين 90/219/EEC‏ و
80 للتعامل مع الكائنات الحية المعدلة جيني ؛ سواء على مستوى المختبر
أو على مستوى الحقل . وتلترم جميع الدول الأوروبية» التابعة للاتحاد» بتطبيق جميع
بنود القوانين الموضوعة في تعاملهم مع الكائنات المعدلة .)5٠ V4) Go‏

واستنادا إلى القانون رقم 90/220/8٤٣‏ » يجب على الشركات الأوروبية التي تود
القيام بتجارب حقلية» باستعمال نباتات معدلة Ce‏ أن تقدم bb‏ للجهات
المختصة . ويجب أن يحتوي الطلب على المعلومات ASII‏

| معلومات عامة : تشمل اسم الجهة التي ترغب في زراعة المحاصيل المعدلة
(Cee‏ إضافة إلى أسماء الأشخاص الذين سيتعاملون مع هذه النباتات .

vot

أ.د. guile‏ أنفوقة و آ. د .أمجد خليل

ب. معلومات عن الكائن الحي مَصدرالمادة الجينية:

الاسم العلمي .

- الانتشار الجغرافي .

القدرة على التلقيح الخلطي مع نباتات أخرى

. Genetic stability Gm -الاستقرار‎

-القدرة على الإمراضية Pathogenicity‏ .

. Toxicity السمية‎ .

-القدرة على إحداث الحساسية Allergenicity‏ .

- معلومات عن العائل المستخدم لإدخال المادة الجينية الجديدة إلى النباتات .

- طبيعة العائل » ومصدره.

. Properties of the DNA sequence للعائل‎ 431, Ji صفات المادة‎ ~

ج. معلومات عن نباتات المستقبل للمادة الجينية:

. الجينية إلى النباتات‎ soll! وصف للمادة الوراثية» والطرق التي اتبعت لإدخال‎ n

- معلومات عن مدى قدرة المادة الجينية الجديدة على إحداث التغيير المطلوب Jah‏
النباتات .

-وصف للتغيرات الشكلية «Genotype 4.41, «Phenotype‏ النباتات المعدلة
tLe‏ مقارنة بالنباتات غير المعدلة Coe‏ من الصلف نفسه . ٠‏

-وصف TA‏ استقرار Stability‏ الصفات الورائية الحديدة t‏ وظهورها
«Expression‏ في النباتات المعدلة ‘Liss‏

معلومات عن سمية المواد الناتجة عن النباتات المعدلة cune‏ ومدى قدرة هذه
المواد على إحداث الحساسية لدى الإنسان أو الحيوان.

Yoo

د. معلومات عن الظروف التي سوف تزرع فيها النباتات المعدلة جينيًا:
الهدف من زراعة النباتات المعدلة جيني .

-الموعد المقترح للزراعة .

المساحة التي ستجرى فيها التجربة .

ade -‏ النباتات المعدلة جينيا التي سوف تستعمل في التجربة .

- الطرق التي ستتبّع للتخلص من النباتات المعدلة جيني إذا اقتضت الحاجة ذلك .
- الموقع الجغرافي الذي ستجرى فيه التجربة .
- قرب موقع التجربة من أماكن السكن .

- معلومات عن الغطاء النباتي للموقع المقترح.

EE E tier ie EE orc

- معلومات عن العلاقة Interaction‏ بين النباتات المعدلة Coo‏ والبيئة .
صفات النباتات المعدلة جينيًا التي تؤثر على بقائها : تكاثرها أو انتشارها.
ه. وصف للعلاقة بين النباتات المعدلة Loue‏ والبيئة المحيطة بها:

- معلومات عن العلاقة بين النباتات المعدلة جيني والبيئة المحيطة بهاء مأخوذة من

تجارب حقلية سابقة
- معلومات عن إمكانية حدوث انتقال للجينات من النباتات المعدلة Ce‏ إلى
نباتات أخرى في AH‏

- معلومات عن إمكانية انتشار النباتات المعدلة LC‏ أو أجزاء منهاء إلى حقول
أخرى مجاورة .
- الطرق المتبعة لضمان الاستقرار الوراثى للنباتات المعدلة جينيا .
-تقرير الآثار السلبية لزراعة النباتات المعدلة جيئيا على الكائنات الحية غير
المستهدفة Non-target organisms‏ .

Yor

و. معلومات عن الخطط المتبعة لمراقبة النباتات المعدلة جينيًا في الحقل: وطرق
التحكم المتبعة في حالة حدوث أي طارئ يوجب التخلص من النباتات:

الطرق المتبعة لمراقبة النباتات المعدلة Cae‏

الطرق المستعملة لتعرف النباتات المعدلة Ce‏ فى الحقل .

الطرق المستعملة لتعرف الجينات فى حال انتقالها إلى نباتات أخرى فى الحقل .

ز. الخطوات المتبعة للسيطرة على الموقع الذي تجري فيه التجارب؛ من حيث:

- منع انتشار النباتات المعدلة Gee‏ إلى حقول أخرى مجاورة.

-وصف للخطوات التبعة للتخلص من بقايا النباتات فى الحقل .

- وصف لخطط الطوارئ التي يمكن اللجوء إليهاء لإزالة النباتات المعدلة Coe‏
وإنهاء التجربة في أسرع وقت. إذا اقتضت ال حاجة ذلك QUO‏

ه. القوانين والتشريعات في المملكة المتحدة

IGS‏ المملكة المتحدة من أكثر الدول الأوروبية تشددا فيما يتعلق بتداول الكائنات
الحية المعدلة جيئياء وآثار هذه الكائنات الحية على صحة الإنسان وعلى البيئة. فقد
سنت الحكومة البريطانية قوانين وأنظمة ciae‏ لضبط إنتاج الكائنات الحية التي تنتج
بهندسة الحينات » وتداولها. les‏ الجهات التي ترغب في التعامل مع هذه الكائنات
الحية أن تتقدم بطلب للحكومة البريطانية» مثلة بدائرة البيئة والنقل Department of‏
«Environment, transport and Regions‏ للحصول على تصريح قانوني تستطيع
بموجبه إجراء التجارب العلمية» أو تداول المنتجات التى استعملت فى إنتاجها
التكنولوجيا الحيوية الحديثة EEYAN A)‏ وبحت أن يدري evel‏
على المعلومات الآتية :

- معلومات تفصيلية عن الطرق التي اتّبعت في إنتاج الكائنات المعدلة جيني ؛

vov

إضافة إلى معلومات عن الصفات الوراثية الجديدة» التي نتجت عن عملية الهندسة

الجحينية .
- نتائج شاملة للتجارب التي أجريت» لتقييم الآثار السلبية للكائنات المعدلة جيني
ity ley OLI ioco ile‏

بعد تقد الطلب» تُحول دائرة البيئة والنقل الطلب إلى لجان حكومية استشارية
لدراسته بدقة» وتقديم تقرير مفصل حول رأيها فيما يتعلق بالآثار السلبية للكائنات الحية
المعدلة Cone‏ المراد تداولهاء على صحة الإنسان وعلى البيئة. فإذا ثبت أن الطلب
المقدم لا يتعارض مع قانون حماية البيشة البريطاني Environmental Protection‏
c Act 0‏ تعطي الدائرة التصريح المطلوب .

وفي بريطانيا حمس لجان استشارية حكومية eX‏ النصح والإرشاد إلى الحكومة
البريطانية فيما يتعلق oles‏ هندسة الحينات . هذه اللجان هي :

-اللجنة الإرشادية الملتخصصة بتداول الكائنات الحية المعدلة جيني Advisory‏
Committee on Releases to the Environment (ACRE)‏ : تدرس هذه اللجنة
الطلبات المقدمة لدائرة البيئة والنقل المتعلفة بتداول هذه الكائنات . وبعد الانتهاء من
الدراسة» توجه اللجنة الإرشادات لدائرة البيئة والنقل» وتساعدها باتخاذ القرار
المناسب في شأن الطلبات المقدمة. وحسب ما جاء في التقرير السنوي الخامس لهذه
اللجنةء فإنها درست في الفترة بين نيسان/ إبريل ۱۹۹۷ وكانون الثاني/ يناير ٠۹۹٩‏
)3( طلبًا OME‏ إلى دائرة البيئة والنقل. للحصول على تراخيص لتداول الكائنات
المعدلة uo‏

اللجنة الإرشادية المتخصصة بعمليات التعديسل الجيني Advisory Committee‏
Genetic Modification (ACGM)‏ مه : من مهماتهاإعطاء الإرشادات حول
الاستعمال الأمثل للكائنات المعدلة جيني في المختبرات العلمية .

-اللجنة الإرشادية للمواد الغذائية والتصنيع الغذائي Advisory Committee‏
ion Novel Foods and Processes (ACNFP)‏ تشمل أعضاء من وزارة الزراعة

YOA

أ.د . غاندي أنفوقة وأ.د. أمجد خليل
ووزارة الصحةء وتعطي إرشاداتها لوزارة الزراعة حول سلامة المواد الغذائية التي
أنتجت بهندسة الحينات . ومن صلاحيات هذه اللجنة : دراسة الطرق المتبعة في إنتاج
المواد الغذائية باستعمال الأساليب والتقنيات الحديثئة؛ ودراسة الطلبات المقدمة
لاستعمال بعض الكائنات الحية الدقيقة المعدلة GLb Cae‏ للانسان أو للحيوان.

-اللجنة الإرشادية لمعالجةالجينات The Gene Therapy Advisory‏
Committee‏ : تدرس الطلبات المقدمة لإجراء التجارب " iuo‏ الحينات عند
الإنسان .

اللجنة الإرشادية للغذاء PECES E : The Food Advisory Committee‏
المواد الغذائية من أصل مواد معدلة Labeling of genetically modified Cm‏
food‏ إن تداول المنتتجات الزراعية المعدلة Cae‏ وبيعها في بريطانيا يخضع للقانون
الأوروبي ©19/220/5:8. وللفقرة الرابعة من قانون حماية البيئة البريطاني لعام ١49٠‏
NCL TET VEL VEY‏

5. القوانين والتشريعات في دول شرقي أورويا ووسطها

تفتقر معظم دول شرقي أوروبا ووسطها إلى التشريعات الخاصة بتنظيم تداول
الكائنات الحية المعدلة Cae‏ وفي الأعوام الأخيرة من القرن العشرين» بدأت بعض
الدول» كجمهورية التشيك وبولندا وبلغاريا وهنغارياء بوضع مثل هذه التشريعات»
لمواكبة دول أوروبا الغربية وأمريكا في تنظيم تداول الكائنات الحية المعدلة جينياء
ودراسة الأخطار البيئية التي قد تصاحب انتشار هذه الكائنات في البيئة» وأثر ذلك على

صحة الإنسان.

أ. هنغاريا
تشتهر هنغاريا بعدد المصانع التي تستخدم التكنولوجيا الحيوية في إنتاج الكثير من

¥0۹

الأدوية؛ إذ بلغ عدد هذه المصانع عام ۱۹۹۹ ٠٠١ elaj‏ مصنع . ويشارك قطاع
الصناعات الدوائية في الموازنة العامة للدولة بحوالي ٤,۲‏ /.

بدأ العمل بأول قانون لتنظيم تداول منتجات هندسة الجينات في هنغاريا في الأول
من كانون الثاني/ ply‏ عام 1۹۹٩4‏ . ووضع هذا القانون بعد الرجوع إلى قانون الاتحاد
الأوروبي رقم A AYNA‏ ورقم 1١0/57١‏ . وسمي قانون Ct ne J‏
.Gene Technology Law (Act XXVIT)‏ ومن بنوده :

- على جميع المختبرات العلمية التي تُجرى فيها تجارب باستعمال كائنات حية معدلة
جينيا أن تكون مرخصة من الحكومة الهنغارية .

يجب إجراء دراسة علمية حول الأخطار المترتبة على تداول الكائنات المعدلة
eae‏ قبل البدء بإجراء التجارب عليها .

- يجب تسجيل جميع الكائنات الحية المعدلة جينيًا » التي دخلت في إنتاجها
التقئيات الحيوية في مجال هندسة الجينات » لدى السلطات الحكومية .

- على المواد الغذائية التى دخل فى إنتاجها كائنات معدلة جينيا أن يجري تأشيرها

قبل البدء في بيعها . |
وفي هنغاريا dad‏ حكومية متخصصة لدراسة جميع الطلبات المقدمة للحكومة» من

أجل الحصول على تصاريح للتعامل مع الكائنات المعدلة جينيا . وأعضاء هذه اللجنة
هم علماء في مختلف التخصصات العلمية؛ إضافة إلى تمثلين عن القطاع الصناعي»
وأفراد من عامة الشعب لديهم اهتمامات خاصة بهندسة الجينات VY)‏

ب. بلغاريا
3-
DNA‏ المعاد تركيبه. وضع هذا القانون بناء على بنود قانون الاتحاد الأوروبي رقم
de ٠‏ الخاص بتداول النباتات المعدلة جيني . ومن شروط هذا القانون أن يكون

لآ

أ.د. غاندي أنفوقة وأ.د. أمجد خليل
الأشخاص الذين يودون القيام بالتجارب الحقلية مرخصين من الحكومة. وقد شكلت
الحكومة البلغارية في أواخرالقرن العشرين لجنة خاصة سميت de‏ تداول الجينات
es) Bulgaria's Gene Release Body‏ بالمهمات ANI‏ :

- إصدار التصاريح الخاصة بإجراء التجارب الحقلية .

- الاحتفاظ بسجلات تبين البحوث العلمية التي أجريت على النباتات المعدلة Cee‏
والجهات التي سوقت منتجات هذه النباتات .

- تقييم الآثار والأخطار البيئية الناتجة عن تداول النباتات المعدلة Cae‏

- تقييم فعالية الإجراءات الوقائية المتبعة عند تداول النباتات المعدلة جينيا .

د يي ع E‏ والمتعلقة بتداول النباتات
المعدلة Cum‏

-للجنة الصلاحيات القانونية بإتلاف الحقول المزروعة بالنباتات المعدلة Une‏ إذا
تبين لها أن الجهات القائمة على هذه التجارب خالفت القوانين المعمول بها .

- تقدم اللجنة تقريرا سنويا لوزارة الزراعة البلغارية حول عدد التجارب الحقلية التي
أجريت VY)‏

ج. جمهورية التشيك

شكلت وزارة البيئة التشيكية في بداية عام ۱۹۹١‏ لجنة إرشادية سميت اللجنة
الإرشادية للنباتات Ual!‏ جيني Czech Advisory Committee for Transgenic‏
Plants (CACTP)‏ . تدرس هذه اللجنة الطلبات المقدمة لوزارة البيئة من الشركات
الزراعية التي ترغب في إجراء تجارب حقلية باستعمال نباتات معدلة جيني . وهي
تعتمد على قانون الاتحاد الأوروبي رقم 4١ /YVA‏ ورقم 40/57١‏ في اتخاذ قراراتها.
وأرجعت اللجنة منذ إنشائها Ob ١4‏ قدمت للحصول على تصاريح لإجراء تجارب
حقلية باستعمال نباتات معدلة جينيًا » مثل البطاطا وقصب السكر والدخان. كما
يوجد في جمهورية التشيك قانون لتنظيم تداول بذور النباتات المعدلة جيني . ويعرف

vM

هذا باسم قانون البذور والبادرات والأصناف Law on Seeds, Seedlings and‏

Cultivars‏ . وقد أقر البر ان التشيكي في السابع من حزيران/ يونيو عام ١944‏ قانونًا
bole ..‏ لتداول الكائنات الحية المعدلة QA AY) Cem‏

د. يولندا

في شهر حزيران / يونيو من عام IRS VAN‏ الحكومة البولندية لجنة من الخبراء
في مختلف مجالات العلوم لوضع قانون ينظم تداول الكائنات» ولدراسة الطلبات
المقدمة لإجراء تجارب علمية على هذه الكائنات المعدلة Cee‏ ووضعت هذه اللجنة
في شباط/ فبراير ۱۹۹۷ المنطوط العريضة للإجراءات التي يجب اتباعها للحصول
على تصريح من الحكومةء تُجري بموجبه الشركات الخاصة التجارب على هذه
الكائنات . وفي شهر تشرين الثاني/ نوقمبر من العام نفسه» وضع قانون سمي قانون
الجين» استنادا إلى القانون الأوروبي رقم ٩١/۲۱۹‏ ورقم ٩٩ ٠۰‏ . وأقرفي شهر
كانون الثاني/ يناير من عام 1444 قانون جديد لحماية البيئة يُعنى بتأشير الكائنات الحية
المعدلة جينياء وتداولهاء وتسويقها. ويعطي هذا القانون الصلاحية لوزارة الزراعة
البولندية ووزارة البيئة والصحة بمراقبة جميع الأنشطة التي تتعلق بتداول هذه
الكائنات.

۷. القوانين والتشريعات في أستراليا

الجهة الرسمية المسؤولة عن تنظيم التعامل مع منتجات هندسة الجينات في أستراليا
هي اللجنة الارشادية للتعامل بالجينات Genetic Manipulation Advisory‏
Gis» . Committee‏ عن هذه اللجنة أربع he Bb‏ هي :

- اللجنة العلمية: تتكون من باحثين في مجال العلوم الحياتية الجزيئية . ومن
مهماتها : الاطلاع على التجارب العلمية على نطاق المختبرات» وتقديم نصائح إرشادية
على المستوى الجزيئي في مختلف المراحل المستخدمة لإنتاج الكائنات المعدلة جيني .

YTY

أ.د . غاندى أنفوقة و أ.د . أمجد خليل

- لجنة المقاييس الكبيرة: تعنى هذه اللجنة بالتعامل مع الكائنات الحية الدقيقة التي

يزيد حجمها على ٠١‏ ميكرومتر .

_ لجنة الإطلاق (أو الانتشار): تختص هذه اللجنة بالكائنات الحية التى سوف تطلق
EXE‏ :

لجنة الجمهور: توفر هذه اللجنة المعلومات إلى عامة الشعب حول عمل اللجنة
الإرشادية للتعامل بالجينات .

علاوة على هذه اللجان الحكومية» يوجد في كل معهد بحوث RA‏ للحماية
البيولوجية «Institutional Biosafety Committee‏ 3 شد العاملين فى هذه المعاهدء
وتراقت التجازب الغلمية التي c d‏ باستعمال هتلاسية amb‏ 000

ومثل سائر الدول المنتجة للكائنات المعدلة Cae‏ فإن الشركات ومراكز البحوث
الأسترالية لا تستطيع إطلاق الكائنات المعدلة جينيا إلى البيئة إلا بعد الحصول على
موافقة اللجنة الإرشادية للتعامل بالجينات . وتأخذ هذه اللجنة عوامل عدة في
الحسبان» قبل إعطاء الموافقة لإطلاق هذه الكائنات . ومن بين الأمور التي تنظر إليها
اللجنة ما يأتي :

المسوغات لاستعمال منتجات هندسة الجينات .

- طبيعة الكائن الحي المستقبل للمادة الجينية الجديدة .

مصدر المادة الجيئية التي استخدمت في التجارب» وصفاتها.

- استقرارية الكائن A‏ المنتج .

- تأثير الكائن الحي المنتج على كل من الإنسان والنباتات والحيوانات» والكائنات
الحية الأخرى الموجودة في الطبيعة .

احتمالية التلقيح الخلطي مع كائنات حية أخرى .

- احتمالية انتشار الكائن المعدل جينيًا بشكل لا يمكن السيطرة عليه .

- معلومات عن المتبقيات السامة لمنتجات هندسة OA‏

الطرق المتبعة لمراقبة الكائنات المعدلة جينيا بعد إطلاقها .

YY

Ga‏ اة في LL‏ الطاونة الف E‏ عسو E‏ اة الو
AVA) Cu‏

A‏ لقوانين والتشريعات في كندا

تقييم التاثيرات الصحية للأحياء الدقيقة تحت قانون حماية البيئة الكندي/
الاعتبارات الخاصة باستخدام بكتيريا سالبة الغرام (YA)‏

تلهض وزارة الصحة الكندية بتطوير مجموعة من المتطليات» التي سوف تسمح
بتقييم أولي كاف للتأثيرات الصحية المحتملة للأحياء الدقيقة» المستخدمة كمنتجات
تكنولوجيا حيوية جديدة. وتأتي هذه المتطلبات ضمن إطار قانون حماية البيئة
الكندي . :

إن المتطلبات الأساسية» التي هي تحت المراجعة فيما يتعلق بتقييم مصادر c ad‏
تناولها هذا القانون بالتفصيل فيما يتعلق ب:

التعريف حتى مستوى النوع .

- تاريخ السلالة المستخدمة .

- توثيق اشتراك الميكروب في التأثيرات الضارة لصحة الإنسان.

- نتائج الاختبارات للكائنات التي اشتركت في تأثيرات صحية ضارة لصحة
الإنسان؛ باستخدام :

-اللاخحتبارات المناسبة؛

- تقارير عن التفاعلات المناعية المعاكسة ؛

- نتائج اختبارات الحساسية للمضادات اخيوية .

يعتمد تقييم التعرص AMI‏ للمواد التي تطلقها بكتيريا سالبة الغرام على تقدير عدد
الأشخاص المتعرضين لهذه col dM‏ ومستوى تعرضهم للأحياء الدقيقة في أثناء
الاستعمال» والثبات المتوقع للميكروبات في البيئة بعد الاستعمال.

vat

أ.د. غاندي أنفوقة و أ.د . أمجد خليل

ويحتاج استعمال بكتيريا سالبة الغرام في التكنولوجيا الحيوية إلى اختبارات إضافية
لتقييم مدى تعرض الجهاز التنفسي للسموم الداخلية التي تفرزها مثل هذه البكتيرياء
ولمكونات جدار الخلية البكتيرية الدهنية المتعددة السكريات . فتعرض الجهاز التنفسي
للسموم الداخلية مرتبط باستجابة محفزة للالتهابات» وينتج عنها انخفاض في أداء
وظائف الرئة . op HUIS‏ صفات بعض بكتيريا سالبة الغرام قد تدفع إلى طلب المزيد
من المعلومات . وهذه الصفات تشمل النوع المستخدمء والتراكيز المنوقعة لكل من
البكتيريا الحية والميتة» وحجم الجزيئات التي تتولد خلال الاستخدام. وقد طُوّرت
«التشريعات الإبلاغية للمواد الجديدة الخاصة بمنتجات التكنولوجيا الحيوية؛» تحت
قانون حماية البيئة الكندي . هذه التشريعات وأضعت لإجراء تقييم أولي فعال beth‏
التكنولوجيا الحيوية قبل تصنيعها في كنداء أو استيرادها إليها. فإذا كانت نتائج التقييم
الأولي غير حاسمة فيما يتعلق بالسمية فإن باستطاعة الحكومة طلب M‏ من
المعلومات أو وضع نظام رقابة معين. ويحتوي قانون حماية البيئة الكندي على
التعريف بالمواد السامة؛ وهو فريد من نوعه في مثل هذه التشريعات :

LL of td‏ إذا كانت تدخل البيئة (أو قد تدخلها) بكميات أو تراكيز معينة؛ أو

أن يكون» أو قد يكون» لها تأثيرات ضارة طويلة المدى» أو متوسطة المدى» على
البيئة .

- أن تشكل» أو قد تشكل » خطورة على البيئة التي تعتمد عليها حياة الإنسان.

أن تشكّل» أو قد تشكل » خطورة في كندا على حياة الإنسان وصحته .

هذه التشريعات تخطي أي gee‏ تكنولوجيا حيوية لم ea‏ من حيث سميته» تحت أي
Set ly ts‏ ويشمل نوع المنتجات» التي يحتمل أن يطلب توضيحات عنهاء
الميكروبات المستخدمة في المعالجة الحيوية» والتعدين الحيوي» ومنظفات مصارف
المياه» والمواد المضافة لتعقيم الخزانات . هذا إضافة إلى منتجات التكنولوجيا الحيوية ؛
كالكيميائيات الحيوية» والبوليمرات الحيوية .

¥10

ماذا تعني هذه التشريعات لصناعة التكنولوجيا الحيوية» أو للأشخاص المصنعين أو
المستوردين أو المطورين لمنتجات التكنولوجيا الحيوية» فى كندا؟

الحجواب: إن أي شركة تعتزم تصنيع أو استيراد ميكروب معين» أو منتج منه» سواء
كان طبيعيًا أو ie ge‏ يجب أن تزود وزارة الصحة الكندية بمجموعة من
المعلومات add‏ قبل إجراء أي عملية . والحق أن هذه التشريعات هي محاولة لإحراز
توازن في المعلومات ؛ بحيث تكون كافية لعمل تقييم» لحماية صحة الإنسان وبيئته»
من دون أن تضع أي أعباء ترهق الصناعة وتفسدها.

وعلاوة على التشريعات» فإن قسم التكنولوجيا الحيوية التابع لوزارة الصحة
الكندية يصدر نشرات إرشادية» ويضع معايبر تُطوّر من عملية التقييم .

وتختلف المعلومات التي قد تُطلب من المنتج باختلاف طبيعة الاستخدام» الذي
يتراوح من استخدام محدود وضيق إلى الإطلاق المفتوح على البيئة . وهذه المعلومات
يجب أن تكون متوافرة لدى الشركة المنتجة» تتيجة لعملية تطوير eid‏ واختبار
الفاعلية .

ويبين الجدول )0( المعلومات المطلوبة من الشركات المعنية؛ التي نشرت في
تموز/ يوليو ۹۹۳ فى نشرة تشريعات المواد الجديدة من منتجات التكنولوجيا
الحيوية .

Y1

أ.د . غاندي أنفوقة و آ. د . أمجد خليل

الجدول )0( : المعلومات التي تطلب من الشركة المصنعة لمنتجات التكنولوجيا الحيوية.

.١‏ أ. تعريف الميكروب.
ب . جميع الأسماء.

ج . تاريخ السلالة .
د. وصف التعديلات التي أجريت على DAS‏
ه. طرق تمييز ا ميكروب وتشخيصه.
. الاستخدامات المقررة لهء وطرق استعماله ء وكيفية التأثير Mode of action‏ .
. معلومات التجهيز ‘Formulation‏
أ. الحالة الفيزيائية .
ب. وجود مکونات أخرى.
ج . الحالة الحيوية» وتوصيات WY‏
. الخصائص الحيوية والبيئية للميكروب :
أ. دورة الخحياة.
ب . متطلبات «godt‏ واليقاء» والتكائر.
ج . اخحتبارات إنتاج السموم» وما إذا كان إنتاج السم مسجلا في أنواع قريبة
Related species‏ .
٥‏ . وجود أي مساهمة في التأثيرات غير الملائمة لصحة الإنسان.
t‏ أخذ قراءات من اختبارات مقاومة المضادات الحيوية .
۷. الكميات المقررة لها في الهواء» cell y‏ والتربة.
LA‏ العدد المقرر للأشخاص المتعرضين لهاء ودرجة التعرض .
٩‏ . قراءات من اختباراث الإمراضية Pathogenicity‏ المتوافرة عن الميكروب .
٠‏ . التفاعل المناعي المعاكس في الأشخاص .
١‏ . المعلومات التصنيعية الآتية :
أ. طريقة التصنيع .
ب . الكمية المصنعة .
ج . وصف الملوثات وتركيزها.
د. طرق التحكم بالنوعية وضمانها .
a‏ مكان التصنيع .
و. طبيعة المواد المتحررة المتوقعة؛ والتحكم بها.
ز. معاملة الفضلات والتخلص منها.
۲ . نتائج الاحتبارات ذات العلاقة الوثيقة بمخاطر صحة الإنسان والبيئة .
۳ . بيان الهيئات الحكومية التي أعلمت عن تصنيع كائنات حية دقيقة » أو استيرادها؛
وسبب إعلامها بذلك .

viv

لقد صمّمت البيانات المطلوبة لإعطاء معلومات وثيقة الصلة بال موضوع عن عنصري
تقييم المخاطر tRisk assessment‏ وهما: تعريف المخاطر Hazard identification‏
وتقييم التعرض (Y C91 44 140 EY (o di , Exposure assessment‏
تزودنا بمعلومات عن تعريف المخاطر . أما البنود V CD‏ ۸ء »)١١‏ فتزودنا بمعلومات
عن تقييم التعرّض؛ في حين أن البند CY)‏ يزودنا Ole gles‏ إضافية» لكن من دون أن
يقدم مقدم الطلب الوثائق نفسها التي كان قد قدّمها لوكالات التقييم الأخرى.

وترتكز جميع المعلومات على تعريف الميكروب حتى مستوى النوع (البند .)١‏ وفي
حالة أن السلالة ممرضة» SYS‏ من الضروري تقديم المزيد من المعلومات المفصلة .
فالتعريف الدقيق سوف يكن المنتج من استخدام البيانات الموجودة مصدراً
للمعلومات» لتعبئة أيّة معلومة إضافية قد AS‏ منه .

وإذا كانت حزمة المعلومات كاملة» بحيث إن المعلومات المعطاة مطمئئّة وتزيل أي
شكوك عن إمكانية أن يكون المنتج ساماء عندها يسمح باستيراد المنتج التكنولوجي
الحيوي أو تصنيعه ؛ وذلك بعد انتهاء فترة التقييم التي تُحدّد في التشريعات . CT‏ إذا كان
التقييم الأولي يلمّح بالشكوك حول إمكانية أن يكون pill‏ سامّاء فعندها يسمح
القانون لوزارتي الصحة والبيئة بطلب المزيد من المعلومات عن المنتج من صاحبه . وخير
مثال على ذلك استخدام أنواع معينة من بكتيريا سالبة الغرام. فالمنتجات التكنولوجية
الحيوية لهذه البكتيريا قد تكون لها تأثيرات متعددة غير ملائمة للصحة ؛ نتيجة للتعرض
للسموم الداخلية» أو لمكونات جدار الخلية الدهنية المتعددة السكريات. وتختلف
الاستجابة الحيوية للسموم الداخلية باختلاف الجرعة» ومصدر السمء وطريقة
التعرض . فاستنشاق ما مقداره 00-7٠‏ نانوغرامًا من السموم الداخلية يمكن أن ينتج
عنه هبوط في وظائف الرئة . كذلك» يكن أن ينتج من استنشاق السموم الداخلية تحفيز
ol Jb‏ عكسية متنوعة ؛ كالحمى» والقشعريرة» والوعكة الصحيّة» وألم في المفاصل
والعضلات» وضيق في الصدر. ولا تختلف السموم الداخلية باختلاف النوع فقط ؛
بل أيضًا باختلاف السلالة في النوع نفسه» وباختلاف طريقة تحضير العيئة للسلالة

VIA

أ.د. غاندي أنفوقة وأ.د. أمجد خليل

وقد جمعت السموم الداخلية وصنّفت» من حيث مقارنة قوة الفعالية» لعدد من
بكتيريا سالبة الغرام؛ ثم ربت بناء على قراءات دراسات سابقة» كما في الجدول CO‏

وبشكل عام» OB‏ السموم الداخلية من بكتيريا عائلة Zod Enterobacteriaceae‏
استجابة حيوية أقوى من BU‏ بكتيريا سالبة الغرام؛ ما يعني أن بكتيريا هذه العائلة
يجب أن تُعطى اختبارات أكثرء خصوصًا إذا كان المنوي استخدامها بطريقة تولّد الهباء
الجوي Aerosols‏ .

وتشمل المعلومات المطلوبة عن منتجات التكنولوجيا الحيوية» تحت قانون حماية
البيئة الكندي» «الكميات التقديرية للميكروب في الهواء والماء والتربة في dad‏ إدخال
الميكروب»؛ (البند ۷)؛ بحيث يستفيد خبراء وزارة الصحة الكتدية من هذه المعلومات
في تحديد ما إذا تجاوز مستوى اليكتيريا سالبة الغرام» الموجودة قي الهواء» مستويات
الاهتمام الصحي بفعل تنمس السموم الداخلية. ولعمل ذلك» يجب اشتقاق علاقة
بين عدد بكتيريا سالبة الغرام وتركيز السموم الداخلية .

خلاصة القول «d‏ إضافة إلى تركيز الخلاياء» فإن b‏ أخرى بحاجة إلى تقييم
QO El us‏ ااي

كه ا بحيث لا CFU; eoe‏ 10( : وو إذا كان

حجم الجزيء يقع ضمن sali‏ القادر على النفاذ إلى الرئة؛ أي أن قطره أقل من
Sum‏ .

الجدول )7(

تصنيف | الداخلية؛ من حيث مقارنة قوة الفعالية لعدد من بكثيريا سالبة الغرام.
? من حي رد 4 من بک 2 ?

Salmonella typhosa (typhi) *
Salmonella typhimurium*
Enterobacter agglomerans* +
Citrobacter freundii*
Flavobacterium sp.
Pseudomonas putida
Klibsiela oxytoca*

Erwinia herbicola* +
Escherichia coli B *
Enterobacter cloacae*
Enterobacter sp.*

Klebsiela sp.*

١
l
I
l
l
1
I
I
|
|
I
I
١
I
I
١
I
i
t
i
I
I
I
I
I
I
I
I
v

Acinetobacter calcoaceticus
Alcaligenes faecalis
Veillonella alcalescens
Escherichia coli K*
Pseudomonas sp.
Xanthomonas sinensis

Agribacteria

* من العائلة -Enterobacteriaceae‏
+ أعيد تسميتها -Enterobacter agglomerans‏

vv.

أ.د . غاندي أنفوقة وأ.د. أمجد خليل

خاتمة

مع الدخول إلى القرن الحادي والعشرين» ازداد اهتمام الكثير من الدول النامية
a‏ مجالات العلرم Suse‏ . إلا أن هذا الاهتمام جاء
Tec‏ بعض ce E‏ إذا قورن بالتطور الهائل في معظم الدول المتقدمة؛ الأمر الذي
يتطلب بذل الكثير من الجهود للاستفادة من حبرات هذه الدول في مختلف مجالات
التكنولوجيا الحيوية .

إن وضع الأنظمة والقوانين المناسبة لتنظيم تداول منتجات التكنولوجيا الحيوية في
الدول النامية غاية في الأهمية . ولتجنب الآثار السلبية التى قد تصاحب إدخال هذه
التكنولوجياء يجب توفير الدعم المادي الكافي للعلماء في هذه الدول لإجراء التجارب
الخبرية والحقلية» لتقصي الآثار السلبية rd‏ التكنولوجيا الحيوية على كل من
الإنسان والحيوان والبيئة .

الخلاصة

تؤدي الكائنات الحية الدقيقة دور Cee‏ وميزًا في التطبيقات العملية الحيوية. وقد
عرف الإنسان منذ القدم أهمية هذه الكائنات في إنتاج طعامه وشرابه. وساعدت
الاكتشافات العلمية عبر العصور في تعرّف المزايا المتعددة التي تتمتع بها هذه الكائنات .
هذا الأمر ساعد على الاستغلال الأمثل للكائنات الحية الدقيقة في حل عدد كبير من
المشكلات التي كانت تواجه الإنسان في مختلف المجالات . فعلى سبيل المثال»
أصبحت هذه الكائنات تستخدم في مجالات صناعية cide‏ مثل إنتاج الطاقة وصناعة
الإنزيات واللقاحات والأمصال؛ إضافة إلى الكثير من المواد الضرورية المستخدمة في
الصناعات الدوائية والمستحضرات الطبية. وباستعمال أنواع محددة من الكائنات الحية
الدقيقة» بات بالإمكان إنتاج أنواع معينة من الأدوية كان من الصعب إنتاجها . وأفضل
مثال على ذلك إنتاج مادة الإنسولين MS‏ مرضى السكري بطرق بسيطة وغير مكلفة»
باستخدام أنواع معينة من البكتيريا.

vv

أما في المجال الزراعي » فتستخدم OV‏ الكائنات الحية الدقيقة ؛ أو أجزاء منهاء في
إنتاج نباتات معدلة جيني تتمة بصفات معينة؟ ومن ثم تستعمل لحل مشكلات تواجه
هذا القطاع . وتُعد النباتات المعدلة Coe‏ والمقاومة للأمراض النباتية» أو الإصابة
بالحشرات» من eal‏ إنجازات هندسة الجينات في مجال الزراعة . إضافة إلى ذلك» من
المتوقع أن تنهض التكنولوجيا الحيوية بدور مهم في التخفيف من حدة سوء التخذية في
العالم» بإنتاج نباتات تحتوي على نسب عالية من البروتينات والقيتامينات الضرورية
لنمو الإنسان. وفي هذاالمجالء نجح عدد من الشركات العالمية i aca dd‏
بالتكنولوجيا الحيوية في إنتاج نباتات - مثل الأرز ‏ ذات قيمة غذائية عالية استعمل
في إنتاجها كائتات حية معدلة جينيا .

وللحد من الآثار السلبية» التي قد تصاحب استهلاك منتجات التكنولوجيا الحيوية »
وضعت كثير من الدول المتقدمة أنظمة وقوانين» مبنية على بحوث وتجارب sigade‏
تضبط عملية إنتاج المواد التي استعملت في إنتاجها تكنولوجيا هندسة الجينات.
ولإعطاء حرية الاختيار لمواطنيهاء قامت الدول المتتجة للمواد الغذائية المعدلة ورائيًا
بتأشير النتجات الغذائية» التي استعمل في إنتاجها التكنولوجيات الحيوية الحديئة .

YN Y

أ.د. غاندي أنقوقة وأ.د. أمجد خليل

المراجع

. أحمد مستجير »۱۹۹۸ . البيوتكنولوجيا في الطب والزراعة . المكتبة الأكاديية -القاهرة- مصر؛

A 07

. إدوارديوكسين» ترجمة أحمد مستجيره ٥‏ . صناعة الحياة: من بتحكم في

البيوتكنولوجيا؟ . دار غريب للطباعة_-القاهرة مصر؛ Qe YoV‏

. جول سميث » ترجمة عبد العزيز أبو زنادة» AY‏ . أساسيات التقنية الأحيائية . عمادة شؤون

المكتبات » جامعة الملك سعود_الرياض- السعودية؛ "SN‏

. الجمعية الطبية البريطانية» ترجمة مصطفى إبراهيم فهمي. ١445‏ . مستقبلنا الورائي (علم

التكنولوجيا الوراثية وأخلاقياته). المكتبة الأكادييةالقاهرة مصر؛ ۳٠۹‏ ص.

. عبد الكريم السلالء وعبد الرزاق تفي الدين» ١9944‏ . الأحياء الدقيقة . جامعة القدس المفتوحة

. ص٤۳٦‎ tos Vole.

. رعد البصامء ١997‏ . التقنية الخحياتية . دار الكندي للنشر والتوزيع -إربد -الأردن؛ ١4١‏ ص.
. زيدان السيد عبد العال. ۱۹۹۷ . التكنولوجيا الحيوية GUT,‏ القرن الحادي العشرين. شركة

منشأة المعارف بالإسكندرية مصر؛ ١٠٣ص‏ .

. يوسف العمري» مي صادق » محمود قصراوي»: عائدة وصفي عبد الهادي› ٦١‏ . الوراثة

وعلم الحياة الجزيئي . منشورات جامعة القدس المفتوحة-عمان_الأردن؛ ١٤٣ص‏ .

١

9. Anonymous. 2000 (A). The Benefits. In: Food for our future, food and biotechnology.

The Food and Drink Federation, London. pp. 9 -17.

10. Anonymous. 2000 (B). The Concerns, In: Food for our future, food and

biotechnology. The Food and Drink Federation, London. pp. 18 - 25.

11.Anonymous. 2000 (C). Genetically engineered food could be lifeline for developing

world. The Life Sciences Knowledge Center, Cornell University News Service,

USA.

12. Anonymous (A). 1999. Biotechnology Legislation in Central and Eastern Europe.

Briefing paper No. 9. European Federation of Biotechnology, Task group on public

perceptions of Biotechnology, London.

YYY

I3. Anonymous (B). 1999. Update on Bt corn and other new technology. Special report.
Economic Research Service / USDA. Feed Yearbook / FDS. USA.

14. Anonymous (C). 1999. What are GM crops? In: GM crops and the environment:
benefits and risks. The Food and Drink Federation, London. pp. 3 - 4.

15- Anonymous (D). 1999, 'The Risk. In: GM crops and the environment: benefits and
risks. The Food and Drink Federation, London. pp. 12 - 19.

16. Anonymous (E). 1999. The Benefits. In: GM crops and the environment: benefits
and risks. The Food and Drink Federation, London. pp. 8 - 10..

17.Anonymous (M): 1999. The Concerns. In: GM crops and the environment: benefits
and risks. The Food and Drink Federation, London. pp. 18 - 25.

18. Anonymous (N): 1999, Regulation of genetic engineering. No. 7. Australian Bio-
technology Association. Australia.

19. Anonymous, 1998. The commercial use of genetically modified crops in the United
Kingdom: the potential wider impact on farmland wildlife. In: Advisory committee
on releases to the environment. Annual Report No. 5, Department of the Environ-
ment, Transport and the Regions, London. pp. 15 - 32.

20. Anonymous (F). 1997, Regulation 258/97 of the European Parliament and of the
Council of 27 January 1997 concerning novel foods and novel food ingredients.
Official Journal of the European Communities, No. L 43/1.

21. Anonymous. 1996. Biotechnology in plant agriculture: more for less. No. 3.
Australian Biotechnology Association, Australia.

22. Allison, R. 1995. RNA Plant Virus Recombination. USDA-APHIS Workshop,
Transgenic Virus-Resistant Plants and New Plant Viruses. Maryland, USA.

23. Barnum, S. R. 1998, Biotechnology: An Introduction. Wadsworth. Publishing Com-
pany, Canada. pp. 1-70.

24. Baulcombe, D. C., Hamilton, W. D. O., Mayo, M. A., and Harrison, B. D. 1987.
Plant Resistance to Viruses. Wiley, Chichester, UK. pp. 170-177.

25. Beachy, R. N., Powell Abel, P., Nelson, R. S., Register, J., Tumer, N., and Fraley,
R. T. 1987. Genetic engineering of plants for protection against virus diseases. In:

Plant Resistance to Viruses. Wiley, Chichester, UK. pp. 151-158.

YY£

أ.د. غاندي أنفوفة وأ.د. أمجد خليل

26. Bowman, V. V. 1995. Viral Synergism. USDA-APHIS Workshop, Transgenic
Virus-Resistant Plants and New Plant Viruses. Maryland, USA.

27. Carrington, J. C. 1995. Transgenic Complementation.. USDA-APHIS Workshop,
Transgenic Virus-Resistant Plants and New Plant Viruses. Maryland,USA.

28. Council Directive on the contained use of genetically modified microorganisms.
1990, 90/219/EEC.

29. Connett, J. A. and Barfoot, P. D. 1992. The development of genetically modified
varieties of agricultural crops by the seed industry. In: Plant genetic manipulation
for crop protection. Gatehouse, A. M. R., Hilder, V. A., Boulter, D. (eds). C. A. B.
International. Oxon, UK, pp. 45 - 73.

30. Damen, V., Adley, C., Brinkman, F., Hammelev, D., Johansson, M., and van Strydonk,
M. 1997. Transgenic plants. European Initiative for Biotechnology Education, unit 9.

31. Dale, P. J., and Kinderlerer, J. 1995, Safety in contained use and the environmental
release of transgenic crop plants. In: Genetically modified organisms: a guide to
biosafety, Tzotzos, G. T. (eds.), CAB International. Oxon, UK. pp. 36-63.

32. Dougherty, W. G. 1995. RNA-Mediated Transgenic Virus Resistance. USDA-APHIS
Workshop, Transgenic Virus-Resistant Plants and New Plant Viruses. Maryland,
USA.

33. Erickson F. L., and Lemaux, P. G. 2000. Issues related to the development and use
of engineered herbicide-tolerant Crops in California. California Weed Science
Conference, CA, USA.

34. Grumet, R. 1995. Coat protein-mediated virus resistance in plants. USDA-APHIS
Workshop, Transgenic Virus-Resistant Plants and New Plant Viruses. Maryland.
USA.

35. Hilder, V. A., and Boulter, D. 1999. Genetic engineering of crop plants for insect
resistance: a critical review. Crop Protection 18: 177- 191.

36. Katzek, J. 1997. How can biotechnology benefit the environment? In: Report of a
workshop organized by the European Federation of Biotechnology, Task group on
public perceptions of Biotechnology / The Green Alliance on 13 January 1997 at the

Science Museum in London. pp. 7 - 9.

يفا

37. Lemaux, P. G. 1999. Genetically engineered Rice Varieties: What issues do they
taise? Annual Rice Growers Meeting, Colusa and Yuba, CA, USA.

38. Lemaux, P. G. 2000. What's out there in terms of genetically engineered crop plants
and what's likely to be coming in the future? Agronomy continuing conference,
Davis, CA, USA.

39. Maus, K.L. 1996. Assessment of Health Effects of Microorganisms under the Canadian
Environmental Protection Act: Special Considerations for the Environmental Use of
Gram-Negative Bacteria. In: Environmental Biotechnology: Principles and
Applications. Edited by Moo-Young, M., W. Anderson, and A. Chakrabarty. Kluwer
Academic Publishers, The Netherlands, pp. 750-760.

40. Miller, M.C., and Powell, W. 1994. A commercial view of biotechnology in crop
protection. In: Molecular Biology in Crop Protection. Marshall, G., Walters, D.
(eds.), Chapman and Hall, London. pp. 225 - 245.

41. Mullineaux, P. M. 1992. Genetically engineered plants for herbicide resistance. In:
Plant genetic manipulation for crop protection. Gatehouse, A. M. R., Hilder, V. A.,
Boulter, D. (eds). C. A. B. International. Oxon, UK. pp. 75 - 107.

42. Munkvold, G. P., and Hellmich, R.L. 1999. Genetically modified, insect-resistant
corn: implications for disease management. American Phytopathological Society.
MN, USA.

43. Nickson, T. E., and Fuchs, R. L. 1994. Environmental and regulatory aspects of
using genetically-modified plants in the field. In: Molecular Biology in Crop
Protection. Marshall, G., Walters, D. (eds.). Chapman and Hall, London. pp. 246 -
262.

44. Oku, H. 1994. Biotechnology for plant disease control. In: Plant pathogenesis and
disease control. Lewis Publications, Florida. pp. 163 - 178.

45. Peferoen, M. 1992. Engineering of insect-resistant plants with Bacillus thuringiensis
crystal protein genes. In: Plant genetic manipulation for crop protection. Gatehouse,
A. M. R., Hilder, V. A., Boulter, D. (eds.). C. A. B. International. Oxon, UK. pp.
135 - 181.

¥41

س سسس سس سسس أ.د.غاندي أتفوقة وأ.د.أمجد خليل

46, Reavy, B., and Mayo, M. A. 1992. Genetic engineering of virus resistance. In: Plant

genetic manipulation for crop protection. Gatehouse, A. M. R., Hilder, V. A.,
Boulter, D. (eds.). C. A. B. International. Oxon, UK. pp. 183-214.

47. Ruttan, V. W. 1999. Biotechnology and agriculture: a skeptical perspective.
AgBioForum 2: 54 - 60.

48. Thomas, S. 1998. Genetically modified crops: the social and ethical issues. Nufficld
Council on Bioethics. Consultation Document. UK,

49. Thompson L. 2000. Are bioengineered foods safe? US Food and Drug Administration,
FDA consumer. USA.

50.Thompson L. 2000. Agricultural Biotechnology: its past and future, Asilomar 25th
Anniversary Meeting, Pacific Grove, CA, USA.

31. Toet, D.A. 1992. Effect of rDNA Technology on the Safety Requirements for
Enzyme Production and Preparations. International. Symposium on the Biosafety
Results of. Genetically Modified Plants and Microorganisms. Goslar, Germany. pp.
201-203.

52. Ward, E., Uknes, S., and Ryals, J. 1994. Molecular biology and genetic engineering
to improve plant disease resistance. In: Molecular Biology in Crop Protection.
Marshall, G., Walters, D. (eds.). Chapman and Hall, London. pp. 119 - 222.

53. Way, M.J., and van Emden, H. F. 2000. Integrated pest management in practice:
pathways towards successful application. Crop Protection 19: 81 - 103.

54. Woolhouse, H. W. 1992. Promoting crop protection by genetic engineering and
conventional plant breeding: problems and prospects. In: Plant genetic manipulation
Jor crop protection. Gatehouse, A. M. R., Hilder, V. A., Boulter, D. (eds.). C. A. B.
Internattonal, Oxon, UK. pp. 249 - 256.

55. Zaitlin, M. 1995. Replicase-Mediated Resistance. USDA-APHIS Workshop,
Transgenic Virus-Resistant Plants and New Plant Viruses, Maryland, USA.

VYY

المساهمون في هذا stots‏

المساهمون في هذا المجلد

اق دلخت dad‏

أستاذ الرياضيّات في جامعة العلوم Lin gly Silly‏ الأردنيّة. حصل على الدكتوراة
في الرياضيات التطبيقيّة من جامعة براون » في الولايات المتحدة الأمريكيّةء عام
8 . شارك في الكثير من المؤتمرات في مجال تخصصه؛ وله عدد من المؤلفات؛
إضافة إلى عشرات المقالات في مجلات علميّة مختلفة. وهو عضو عامل في مجمع
اللغة العريية الأردني» وعضو هيئة تحرير في مجلة المجمع: ورئيس الجمعيّة الأردنيّة
لتاريخ العلوم. كما أنه شاعر.

].د. طالب gal‏ شرار

حائز على جائزة عبد الحميد شومان للعلماء العرب الشبان في الزراعة عام
. حصل على البكالوريوس في علوم التربة والمياه من جامعة الإسكندرية عام
0 ؛ وعلى الدكتوراة من جامعة كاليفورنيا عام 15840 . له عدد كبير من البحوث
والدراسات والمقالات في مجال تخصصه. عمل مهندساً زراعياً في الأردن والعراق:
وأستاذاً في الجامعة الأردنية والجامعة الهاشمية. كما عمل في وزارة التعليم العاليء
ومجلس الاعتماد مؤسسات التعليم العالي. كذلك, كان مستشاراً لعدد من الوزارات
والمؤسسات الحكومية والأهلية. وشارك في الكثير من المؤتمرات والزيارات
واللقاءات العلمية والأكاديمية.

VAM

E EET A ب لط ا‎ SE ST سسب ب‎ HU

BÍ‏ دة. سرى سبع العيش

مستشارة طب العين وجراحتهاء وزميلة كلية الجراحين ASW‏ في إدنبره. عضو
في الكثير من الجمعيات الأمريكية والأردنية لجراحة العيون. عملت أستاذة Lao‏
العيون في جامعات الأردن والعراق. لها عدد من المؤلفات في نطاق التخصص؛
إضافة إلى عشرات المقالات العلمية في مجلات عريية ودولية.

TOI
حصل على الدكتوراة في الكيمياء من جامعة أخن التكنولوجية في المانيا. شغل‎
الكثير من المناصب الأكاديمية؛ ورأس تحرير مجلة البصائر العلمية المحكمة. شارك‎
في تأليف الكثير من المؤلفات والمقالات لمؤسسات ومعاهد علمية ومجلات عربية؛‎
كما عمل في الترجمة العلميّة. له الكثير من البحوث المنشورة في مجلات عالمية‎

محكمة. حاز على جائزة الكويت للتقدم العلمي لأفضل كتاب مترجم إلى العربية.

„aÍ‏ خليل المغربي

حاصل على الدكتوراة من جامعة دالهوزي في كندا عام VANE‏ خبير أمراض
بيولوجي؛ وأستاذ في جامعة نوفاسكوشيا في كندا. له الكثير من الكتب والبحوث
المنشورة في مجلات عالمية محكّمة. عمل في جامعات الأردن وإدارة المختبرات
المشهورة. وله دراسات حول الأحوال الجوية وارتباطها بالزراعة.

أ.د. غاندي أنفوقة

Guam‏ على الدكتوراة في ale‏ فيروسات النبات من ألمانيا عام SY‏ يعمل في
جامعة البلقاء التطبيقية؛ كما عمل في الكثيرمن جامعات الأردن وألمانيا في مجال
تخصصه . له عدد كبير من المقالات المنشورة في مجلات عالمية متخصصة.

أ.د. آمجد خليل
حصل على الدكتوراة في التكنولوجيا الحيوية من جامعة إلينوي في الولايات

VAY

ل ————————
المتحدة الأمريكيّة عام VANE‏ يعمل في Deals.‏ المنك فهك لليترول والمفادن: ass‏
Legend‏ التكنولوجيا الحيوية. عمل في الكثير من الجامعات العربية والشركات
الأجنبية. وشارك في مشروعات علمية عدّة في مجال التخصص. له بحوث كثيرة
في مجال التكنولوجيا الحيوية.

أ. د. منصور العبادي

حصل على الدكتوراة في الهندسة الكهربائية عام 1487 من جامعة وسكونسن
الأمريكيّة. يعمل أستاذاً في جامعة العلوم والتكنولوجيا الأردنية. كما عمل في الكثير
من الجامعات العربية. jóla‏ على جائزة عبد الحميد شومان للعلماء العرب الشبان
في الهندسة عام VAST‏ له الكثير من البحوث والمقالات العلمية المنشورة في
eis‏ علئية مك . |

د. نبيل علي

نال الدكتوراة في هندسة الطيران SAV) ple‏ يعمل في مجال الحاسوب» alas‏
المعلومات: برمجة وتصميمًا وإدارة وبحشا. متخصص في بحوث اللفويات
الحاسوبية لتطبيق أساليب الذكاء الصناعي على معالجة اللغة العربية. له عدد كبير
من المؤلفات في حقل تخصصه.

أ. د. محمد باسل الطائي

حصل على الدكتوراة في الفيزياء من جامعة مانشستر في بريطانيا عام EVA‏
ويعمل حالياً في جامعة اليرموك الأردنية. حصل على عدد من المنح والجوائز من
جامعات عريية. وله الكثير من ey ail‏ المنشورة في مجلات علمية عالمية

متخصصة؛ إضافة إلى عدد من الكتب.

أ. د. aule‏ المعاني
حصل على زمالة الكلية الملكية البريطانية للجراحين عام ١5175‏ . وهو عضو في

VAY

A‏ ن ا د
عدد كبير من الجمعيات واللجان العلمية العالمية والمحلية. عمل أستاذاً للجراحة في
الجامعة الأردنية. ثم رئيساً للجامعة؛ ووزيراً للصحة؛ ثم للتربية والتعليم وللتعليم
العالي والبحث العلمي. مؤلف مشارك في مجموعة من الكتب. وله مقالات وبحوث
منشورة في مجلات علمية Aa ne‏

أ.د. مثير نايفة

حصل على الدكتوراة في الفيزياء من جامعة ستانفورد الأمريكيّة عام 151/4 . وهو
أستاذ الفيزياء في جامعة إلينوي (إريانا ‏ شامبين) في الولايات المتحدة الأمريكية.
تقلد أكثر من منصب في عدد من الجامعات والمراكز العلمية العربية في نطاق
تخصصه الدقيق» وهو تكنولوجيا النانو. له مؤلفات علمية عدة في الكهّرّمنناطيسية
والليزر؛ إضافة إلى قرابة (VY)‏ بحثاً في مجلات علمية محكمة. ويحمل أكبر عدد
من براءات الاختراع في مجال النانوسيليكون في العالم. وهو رئيس الشبكة العربية
للعلماء والتكنولوجيين في الخارج.

التحرير والمراجعة والإشراف

آ. د. همام uai‏

أستاذ الفيزياء النظريّة في الجامعة الأردنيّة. وعضو AA Re‏ العرييّة
الأردنيّ. رئيس تحرير المجلة الشقافية التي تصدرها الجامعة الأردنية منذ عام
VAAY‏ لعشر سنوات» وعضو [مؤسس] في هيئة تحريرها tod‏ وعشرين ستة. نال
البكالوريوس عام VAVI‏ والدكتوراة عام ١۱۹۷ء‏ من جامعة مانّشستر في المملكة
ال

نشر عدداً كبيراً من البحوث في الفيزياء النظريّة. ومقالات كثيرة في التراث
العلميّ العربيّ والتعريب والفكر والتنمية؛ إضافة إلى الكثير من الكتب à Lala‏
والأدبيّة والفلسفيّة والأكاديميّة. وحاز على عدد من الجوائز Lapal‏ والعالميّة.

YA

رئيس الجمعية الأردنية لتاريخ العلوم لسبع سنوات» وعضو في عدد من المجالس
العلمية والتربوية الأردنية؛ إضافة إلى عدد كبير من الجمعيات العلمية الدولية.

شغل مناصب أكاديميّة عدة. كما تقلد منصب أمين عام منتدى الفكر العربيّ (من
(Y: /£/Y0 n YAJA)‏

فريق الترجمة والتحرير والمتابعة والتنسيق

أ.د. وهيب عيسى الناصر '

أستاذ الفيزياء التطبيقية في جامعة البحرين. مُنح شهادة الدكتوراة عام VAAN‏
من جامعة كنت بكانتريري في المملكة المتحدة. مؤسس مجلة اتحاد الجامعة العربية
للعلوم الأساسيّة والتطبيقيةء ومدير تحريرها. حاصل على الكثير من الجوائز
الدولية والعربية. وله الكثير من البحوث والكتب المنشورة.

م. حيدر عبد المجيد المومني

ولد في مدينة الزرقاء عام ١۱۹0ء‏ ودرس حتى المرحلة الثانوية في مدارسها.
حصل le‏ درجة البكالوريوس في الهندسة الإلكترونية من جامعة غيسن LaL‏
الاتحادية عام 1۹۷۷. عمل في عدد من الشركات والمصانع الألمانية؛ ثم في الجمعية
العلمية الملكية حتى عام AAY‏ بعد ذلك. انتقل إلى العمل في التدريس في كليات
المجتمع الحكومية التابعة لوزارة التربية والتعليم؛ ثم وزارة التعليم العالي والبحث
العلمي؛ ثم جامعة البلقاء التطبيقية حتى عام .2٠١5‏ يعمل حاليًا في التحرير العلمي
والترجمة في عدد من الجامعات والمؤسسات الوطنية الأردنية. له الكثير من
المؤلفات العلمية في الهندسة الكهريائية والعلوم؛ إضافة إلى عدد من الكتب
المترجمة.

YAO

أ. حيدر جميل Litre‏

محرر علمي وخبير ومشرف تربوي. حصل على البكالوريوس عام ١514‏ من
جامعة دمشق؛ وعلى الديلوم والماجستير في التربية من الجامعة الأردنية عامي
VAAT g YAYA‏ على التوالي. شغل مناصب تعليمية وإشرافية تربوية عدة في الأردن
والوطن العربي. شارك في عدد كبير من اللجان الفنية في مجالات العلوم والصحة
والبيئة والسكان وغيرها. له الكثير من الدراسات؛ كما شارك في مئات الدورات

والمؤتمرات والتدوات العلمية والتريوية.

م. حسام prom‏ مدانات

تربوي ومترجم علمي متمرس. حصل على بكالوريوس رياضيات عام VAVY‏ من
الجامعة الأردنية؛ وعلى ديلوم التربية عام 5 من الجامعة الأمريكية - بيروت؛
AAAG ale‏

عمل في مجال التعليم. وترجم بضعة آلاف من المقاللات في العلوم والتكنولوجيا
عن الفرنسية والإنجليزية؛ كما ترجم وحرر مشروعات علميّة Bre‏ يحتوي JS‏ منها
على آلاف الصفحات.

أ. عبد الرحمن المصري

مدير البحث العلمي» وأمين سر الجوائز. في مؤسسة عبد الحميد شومان.
حصل على شهادة الدراسة الثانوية العامة من الكويت عام AATA‏ ثم على درجة
البكالوريوس في الاقتصاد من جامعة الكويت عام 1977. عمل مديرًا لتحرير مجلة
العلوم الاجتماعيّة التي تصدرها جامعة الكويت خلال الفترة من £A SAVY‏
قبل أن ينتقل إلى العمل في مؤسسة شومان.

YA

أ.د. إبراهيم الناظر

أستاذ في قسم وقاية النبات بكلية الزراعة في الجامعة الأردنية. حصل على
البكالوريوس عام VAW‏ من جامعة الإسكندرية بمصر, والدكتوراة عام 1914 من
Saale‏ كاتيفورنيا Sat‏ بالولايات lady Sool‏ متام اكادسية هرو وله اتر
من البحوث العلمية في مجال تخصصه. كما نال عدداً من الجوائز العلمية العربية
والعالمية. |

الفاضلة نادية عثمان
منسسقة المتابعة لمشروع (حصاد القرن)؛ والمشرفة على شؤون مرشحي جائزة
تعمل في المؤسسة منذ عام AY‏

VAY

14

£v

yya

حصاد القرن: تمهيد 0 os‏
الأستاذ الدكتور فهمي جدعان

حصاد القرن العشرين
أهم المنجزات العلمية والتكنولوجية
الأستاذ الدكتور همام غصيب

العلوم الرياضية سس ب
الأستاذ الدكتور عبد المجيد نصير

العلوم الفيزيائية
الأستاذ الدكتور محمّد باسل الطائي

التكنولوجيا

الأستاذ الدكتور منير نايفة
ترجمة: الأستاذ الدكتور وهيب التاصر

والمهندس حيدر المومني

تكنولوجيا النانو: قاعدة التكنولوجيا للقضرن الحادي والمشرين
الأستاذ الدكتور منير نايفة
ترجمة: الأستاذ الدكتور وشيب pec‏

والمهندس حيدر الومني

(*) رتبت ا مواد في هذا المجلّد وَفْقاً لاعتبارات فنيّة .

VAS

YAY

{Ao

25

14

“éy

العلوم الكيميائية
الأستاذ الدكتور نزار chy‏ الريس

المعلوماتية
الدكتور نبيل علي

الاتصالات ,

الأستاذ الدكتور منصور إبراهيم ارشيد العبّادي

العلوم الطبئية
الأستاذ الدكتور وليد المعاني

التكنولوجيا Aida‏ البصريّة
الأستاذة الدكتورة سّرى سبع العيش

العلوم الزراعية
الأستاذ الدكتور طالب أبو شرار

التكنولوجيا الحيويّة وهندسة الجينات في الصناعات الدوائية والطب
الأستاذ الدكتور أمجد خليل
الأستاذ الدكتور خليل المغربي

التكنولوجيا الحيوية والهندسة الوراثية في مجائي الزراعة والبيئة

الأستاذ الدكتور خليل المفريبي
الأستاذ الذكتور غاندي أنفوقة

YA.

vYo

احرف

التكنولوجيا الحيوية في مجال الصناعة والأنظمة و التشريعات

va)

الأستاذ الدكتور guile‏ أنفوقة
الأستاذ الدكتور أمجد خليل

المساهمون في هذا المجلد — —

الكتاب
التحرير والمراجعة والإشراف

فردق الترجمة والتحرير والمتابعة والتنسيق

<

ad (Par‏ هذا ed‏ الذي GU el‏ طويلاً » وهو CNN‏ والأخير في هذا العمل المؤسوعي
التنويري » ويُسلط الصُوء على أهم منجزات القن العشرين في العلوم والتكنولوجيا c‏ وكان المجلّدان:
الأول (العلوم الإنسانيّة والاجتماعيّة: تحرير: أ.د. فهمي جدعان) « والثاني: (الأدب والتّقد والفنون»
تحرير: أ.د. محمّد شاهين) قد صدرا e ۲۰١۸و ۲۰۰۲۷ cele‏ على i3‏
لا أريد أن أجمل BL‏ امجلّد! فأظلم HE‏ ومؤضوعاتهم . فها هي الُورات Mab‏ زلزلت |
المعمورة في O3‏ الماضي ومهّدت لقرننا الحالي » ها هي تتبدى JS‏ رؤنقها وبهائها : سطراً بعْدَ
سطر. وصفحة بعد صفحة Wai y c‏ بعد فصل. - : :
لقد عايشت هذا المشروع التربوي وعايشني سنوات طوالاً» im‏ أصبح le oe‏ من GUS‏ . »انطلقت ْ
من ESU‏ المتميزة التي ÉI GA‏ الأفاضل كي Gales‏ إلى tle‏ رفيع المستوى » Ke‏ أن JEN‏

C7‏ في due‏ للقارئ العام « والطالب الطموح dm e‏ لأهل الاختصاص . (GT,‏ أن meat‏ هذا
العمل نموذجاً يُقتدى به في الكتابة العلميّة العربية » وفي التحرير العلمي AAN‏

بقي أن Sal‏ للقارئ العربي العزيز ساعات I Jo‏ من المطالعة المنيرة المثيرة المفيدة » وهو يمخرٌ Cole‏
(ht)‏ الذي بين يديه » انطلاقا نحو GUT‏ علميّة val‏ وأعرض وأعمق . بعؤن الله وتوفيقه .

هُمام غصيب

ظ

ISBN: 978-9957-19-044-6

42 ات Ter‏ ا السعر داخل الأردة : ( V2) ao ) ١7,‏

السعر خارج TO) 1 SIA‏ دولازا أمريكها